EP1801422B1

EP1801422B1 - Fan and fan blade

Info

Publication number: EP1801422B1
Application number: EP06003819.7A
Authority: EP
Inventors: Ralf Neumeier
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: EP1801422A3; EP1801422A2; US20070201982A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator und einen Ventilatorflügel.The invention relates to a fan and a fan blade.

Bei modernen Ventilatoren oder Lüfterrädern ermöglichen strömungsmechanisch günstig geformte Ventilatorflügel eine hohe Leistungsfähigkeit z.B. hinsichtlich des erreichten Durchströmvolumens oder des Ausströmdrucks. Problematisch ist dabei jedoch häufig eine starke Geräuschentwicklung im Betrieb des Ventilators.In modern fans or fan wheels, fluidically shaped fan blades provide high performance, e.g. with regard to the achieved flow-through volume or the discharge pressure. However, a problem is often a strong noise during operation of the fan.

Die DE 199 480 75 verwendet zur Reduzierung des Laufgeräuschs einen Axialventilator mit Flügeln, die eine S-förmige, voreilende Flügelkante mit einem vorstehenden äußeren Eck aufweisen.The DE 199 480 75 used to reduce the running noise an axial fan with wings having an S-shaped, leading edge of the wing with a protruding outer corner.

Die EP 887 558 B1 schlägt Ventilatorflügel mit einer S-förmigen Anströmkante und einer zu der Anströmkante gespiegelten Abströmkante vor.The EP 887 558 B1 proposes fan blades with an S-shaped leading edge and a trailing edge mirrored to the leading edge.

Die US 3 416 725 zeigt eine Flügelform mit einer doppelt gesichelten Anströmkante und einer leicht einfach gesichelten Abströmkante.The US 3 416 725 shows a wing shape with a double-angled leading edge and a slightly simply sickled trailing edge.

Die DE 103 26 637 B3 beschreibt einen Lüfter mit wechselnder Drehrichtung, der Flügel mit S-förmiger, nach außen hin stark zurückweichender Anströmkante aufweist.The DE 103 26 637 B3 describes a fan with alternating direction of rotation, which has wings with S-shaped, outwardly strongly receding leading edge.

Die WO 1998005868 offenbart ein numerisches Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters bzw. seiner Blattgeometrie.The WO 1998005868 discloses a numerical method for aeroacoustic optimization of an axial fan or its blade geometry.

Die US 2 649 921 stellt einen Lüfter mit sehr kurzen und breiten Flügeln und dreifach geschwungenen Anström- und Abströmkanten bereit.The US 2,649,921 provides a fan with very short and wide blades and triple-curved inflow and outflow edges.

Die FR 27 280 28 stellt Flügel mit konvexen Kantenbereichen mit großen Winglets dar.The FR 27 280 28 represents wings with convex edge areas with large winglets.

Zuletzt offenbart die US 5 533 865 einen Rotor für ein Windrad, dessen Flügel eine sägezahnförmige Hinterkante aufweisen.Last disclosed the US 5 533 865 a rotor for a windmill whose wings have a sawtooth-shaped trailing edge.

Vor diesem technischen Hintergrund befasst sich die Erfindung mit dem Problem, einen geräuscharm arbeitenden Ventilator bzw. Ventilatorflügel bereitzustellen.Against this technical background, the invention deals with the problem of providing a low-noise fan or fan blades.

Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Ventilator gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen.The invention solves this problem with a fan according to the independent claims. The dependent claims contain advantageous embodiments.

Bevor die Erfindung näher beschrieben wird, werden zur Verständniserleichterung einige Begriffe erläutert. Dazu betrachtet man einen Ventilator mit meist mehreren, sternförmig mittels Befestigungsvorrichtungen an einer Nabe angeordneten Ventilatorflügeln (ein erfindungsgemäßer Ventilator verwendet dafür erfindungsgemäße Ventilatorflügel, wie sie im Folgenden beschrieben werden) zum Bewegen des den Ventilator umgebenden Stoffs, wie beispielsweise Luft oder ein anderes Gas. Die Nabe bildet den Mittelpunkt des Ventilators.Before the invention is described in detail, some terms are explained to facilitate understanding. For this purpose, one considers a fan with usually a plurality of star blades arranged on a hub by means of fastening devices (a fan according to the invention uses fan blades according to the invention, as described below) for moving the material surrounding the fan, such as air or another gas. The hub forms the center of the fan.

Für jeden Ventilatorflügel wird ein Radialstrahl definiert, der als Gerade vom Mittelpunkt der Nabe aus mittig durch den jeweiligen Flügelfuß des Ventilatorflügels nach außen verläuft.For each fan blade, a radial jet is defined which extends as a straight line from the center of the hub centrally through the respective blade root of the fan blade to the outside.

Jeder Ventilatorflügel weist eine Anströmkante auf, die im Betrieb in der normalen Bewegungsrichtung voraneilt, und eine Abströmkante, die im Betrieb in der normalen Bewegungsrichtung nacheilt. Vorzugsweise ist auch ein Betrieb der beschriebenen Vorrichtung in entgegengesetzter Laufrichtung möglich. Trotzdem sind die Anström- und Abströmkante meist nur für eine Laufrichtung optimal ausgeformt; der Betrieb in Gegenrichtung kann keine optimale Leistung liefern.Each fan blade has a leading edge which, in operation, advances in the normal direction of travel and a trailing edge which lags in operation in the normal direction of travel. Preferably, an operation of the device described in the opposite direction is possible. Nevertheless, the inflow and outflow are usually optimally shaped only for one direction; operating in the opposite direction can not deliver optimal performance.

"Innen" ist bei einem beschriebenen Ventilator die Nabe, "au-ßen" das Gehäuse oder der Schacht (falls vorhanden, was aber meist der Fall ist). Die Außenkante des Ventilatorflügels ist demnach die Kante, die sich am weitesten entfernt von der Nabe befindet; sie ist oftmals kürzer als die Anström- und Abströmkanten."Inside" is the hub for a ventilator described, "out" the housing or the shaft (if any, which is usually the case). The outer edge of the fan blade is therefore the edge furthest away from the hub; it is often shorter than the inflow and outflow edges.

Weiterhin besitzt das Ventilatorflügelblatt eine Saugseite, die im Betrieb die anströmende Luft etc. ansaugt, sowie eine gegenüberliegende Druckseite, auf der sich der Druck zum Ausstoßen der Luft etc. aufbaut.Furthermore, the fan blade sheet has a suction side, which sucks the incoming air, etc., during operation, and an opposite pressure side, on which the pressure for ejecting the air, etc. builds up.

Ein erfindungsgemäßer Ventilator zeichnet sich nun gegenüber einem vergleichbaren konventionellen Ventilator durch einen geräuschreduzierten Betrieb aus. Wie oben schon erwähnt, verwendet ein erfindungsgemäßer Ventilator wenigstens einen erfindungsgemäßen Ventilatorflügel, den bzw. die er (im Fall von mehreren Ventilatorflügeln vorzugsweise in gleichen Abständen) um eine Nabe anordnet. Zur Befestigung des wenigstens einen Flügels umfasst der Ventilator entsprechende Befestigungsvorrichtungen; beispielsweise nimmt eine Vorrichtung an der Nabe ein am Flügel angebrachtes Gegenstück auf. Naturgemäß verfügt der Ventilator über einen ansteuerbaren Motor, der für seinen Betrieb, also die Rotation des wenigstens einen Ventilatorflügels um eine durch den Mittelpunkt der Nabe gedachte Achse, sorgt. Meist befindet sich der Ventilator in einem Schacht oder Gehäuse. Dem Fachmann sind weitere Einzelheiten zu Aufbau und Funktion der konventionellen Bestandteile eines Ventilators, wie Antrieb oder Ansteuerung, bekannt, auf die hier deshalb nicht näher eingegangen werden muss.An inventive fan is now distinguished from a comparable conventional fan by a noise-reduced operation. As already mentioned above, a fan according to the invention uses at least one fan blade according to the invention, which it arranges around a hub (in the case of several fan blades, preferably at equal intervals). For fastening the at least one wing, the fan comprises corresponding fastening devices; For example, a device on the hub receives a counterpart attached to the wing. Naturally, the fan has a controllable motor, which provides for its operation, ie the rotation of the at least one fan blade about an imaginary axis through the center of the hub. Mostly the fan is in a shaft or housing. The skilled person is more details on the structure and function of the conventional components of a fan, such as drive or control, known, to which therefore need not be discussed here.

Der von einem erfindungsgemäßen Ventilator verwendete wenigstens eine erfindungsgemäße Ventilatorflügel erreicht durch eine spezielle Kantenform eine gegenüber vergleichbaren konventionellen Ventilatoren verminderte Geräuschbildung im Betrieb. Und zwar ist die Anströmkante eines erfindungsgemäßen Flügels in der Flügelblattebene S-förmig ausgebildet, weist also zwei Bögen mit einem Umkehrpunkt auf. Der Umkehrpunkt befindet sich vorzugsweise etwa in der Mitte der Anströmkante; der vom Umkehrpunkt aus außen gelegene Bogen wölbt sich vorzugsweise konkav in die Flügelfläche hinein, also in Richtung des Radialstrahls, während sich der vom Umkehrpunkt aus innen gelegene Bogen vorzugsweise konvex vom Radialstrahl weg wölbt. Die Bezeichnung "in der Flügelblattebene" soll dabei lediglich verdeutlichen, dass die S-Form der Anströmkante eine Ausbuchtung in die Flügelfläche hinein bzw. aus ihr hinaus bewirkt und nicht etwa eine dazu senkrechte Wölbung. Es ist jedoch anzumerken, dass in den meisten Ausgestaltungen die einzelnen Punkte des Flügelblatts im geometrischen Sinn nicht auf einer Ebene liegen; auch die einzelnen Punkte der Anströmkante befinden sich meist nicht auf einer Geraden. Insofern ist, streng geometrisch gesehen, eine "Flügelblattebene" in den seltensten Fällen vorhanden.The at least one fan blade according to the invention, used by a fan according to the invention, achieves a reduced noise during operation due to a special edge shape, compared with comparable conventional fans. Namely, the leading edge of a wing according to the invention in the vane blade plane S-shaped, has So two sheets with a turning point on. The reversal point is preferably located approximately in the middle of the leading edge; the arc lying outwardly from the turning point preferably bulges concavely into the wing surface, ie in the direction of the radial jet, while the arc lying inwardly from the turning point preferably convexly bulges away from the radial jet. The term "in the blade plane" is intended merely to clarify that the S-shape of the leading edge causes a bulge in the wing surface in and out of her and not about a vertical curvature. It should be noted, however, that in most embodiments the individual points of the leaflet do not lie in one plane in the geometric sense; also the individual points of the leading edge are usually not on a straight line. In this respect, strictly geometrically speaking, a "leaf-blade plane" is present in the rarest cases.

Die beschriebene S-Form der Anströmkante führt bei Betrieb des Ventilators zu einer verminderten Geräuschbildung, weil die einzelnen Punkte der Anströmkante zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf eine (etwa durch eine Störung verursachte) Wellenfront treffen, die ihnen zum Beispiel in ihrer Bewegungsrichtung entgegen kommt. Deswegen entstehen innerhalb eines bestimmten Zeitraums durch das zeitversetzte Auftreffen der einzelnen Punkte der Anströmkante auf der Wellenfront nacheinander viele (schwache) akustische Wellen, während bei nicht-geschwungenen Ventilatorflügeln das quasi gleichzeitige Auftreffen aller Punkte der Anströmkante auf der Wellenfront eine einmalige (starke) akustische Welle verursacht. Demnach ergibt sich im Gegensatz zu nicht-geschwungenen Ventilatorflügeln, die einen kurzen, hohen Geräusch-Peak in einem schmalen Frequenzband bewirken, beim erfindungsgemäßen Ventilatorflügel ein teilweise etwas länger andauerndes, aber breitbandiges, wenig wahrnehmbares Geräusch von geringer Amplitude.The S-shape of the leading edge described during operation of the fan to a reduced noise, because the individual points of the leading edge meet at different times on a (caused by a disturbance) wavefront that comes to meet them, for example, in their direction of movement. Because of this the delayed staggering of the individual points of the leading edge on the wavefront produces successively many (weak) acoustic waves, while with non-curved fan blades the quasi simultaneous impact of all points of the leading edge on the wavefront produces a unique (strong) acoustic wave caused. Accordingly, in contrast to non-curved fan blades, which cause a short, high noise peak in a narrow frequency band, resulting in the fan blade according to the invention a somewhat longer lasting, but broadband, little perceptible noise of low amplitude.

Jedoch vermeidet ein erfindungsgemäßer Ventilator bestimmte Einschränkungen, die durch eine geschwungene Kantenform der Ventilatorflügel auftreten können.However, a fan according to the invention avoids certain limitations that may arise due to a curved edge shape of the fan blades.

Bei Ventilatoren wird nämlich versucht, die Luftströmung von der Druckseite zur Saugseite der Ventilatorflügel über deren Außenkanten zu minimieren. Hierzu wird oftmals zwischen der Außenkante eines Ventilatorflügels und einem Gehäuse vorzugsweise nur ein möglichst schmaler Spalt vorgesehen. Auf der anderen Seite soll die Möglichkeit gewährleistet bleiben, den Blattanstellwinkel (Winkel zwischen anströmender Luft und Profilsehne, wobei die Profilsehne die gedachte Gerade zwischen dem Staupunkt am vorderen Ende des Flügels, wo sich die Luftströme teilen, und seinem hinteren Ende ist) des Ventilatorflügels an äußere Bedingungen oder Anwenderwünsche anzupassen, also den Ventilatorflügel um den Radialstrahl als Drehachse zu drehen. Die Anpassung erfolgt meist vor der Inbetriebnahme des Ventilators, wenn das Leistungsprofil der Anlage auf die spezielle Anwendung abgestimmt wird. Alternativ ist der Ventilator mit einer Steuereinheit und Sensoren oder einem Bedienerdisplay sowie Aktuatoren ausgestattet. Dann kann die Steuereinheit beispielsweise in Abhängigkeit von den Sensorsignalen bzw. Bedienereingaben mit der Hilfe der Aktuatoren ständig einen optimalen Anstellwinkel einstellen.Namely, fans are attempted to minimize the flow of air from the pressure side to the suction side of the fan blades over their outer edges. For this purpose, preferably only the narrowest possible gap between the outer edge of a fan blade and a housing is preferably provided. On the other hand, the possibility of ensuring the blade pitch angle (angle between incoming air and chord, where the chord is the imaginary straight line between the stagnation point at the front end of the wing, where the air flows divide, and its rear end) to ensure the fan blade to adapt external conditions or user requirements, ie to turn the fan blade around the radial jet as a rotation axis. The adaptation usually takes place before the fan is put into operation, if the performance profile of the system is adapted to the specific application. Alternatively, the fan is equipped with a control unit and sensors or an operator display as well as actuators. Then, the control unit, for example, depending on the sensor signals or operator inputs with the help of the actuators constantly set an optimal angle of attack.

Je schmaler nun der Spalt zwischen Außenkante des Flügels und Gehäuse bzw. Schacht gewählt wird, desto kleiner ist der einstellbare Flügelverstellbereich, in dem der Flügel nicht in Anschlag mit der Gehäusewand gerät. Hier muss ein Kompromiss in der Spaltbreite gefunden werden, der keine allzu großen strömungsmechanischen Nachteile in sich birgt, aber trotzdem eine Mindestdrehbereich für den Anstellwinkel des Ventilatorflügels zulässt.The narrower the gap between the outer edge of the wing and the housing or shaft is selected, the smaller is the adjustable Flügelverstellbereich in which the wing does not come into abutment with the housing wall. Here, a compromise in the gap width must be found, which does not entail any great flow-mechanical disadvantages, but nevertheless allows a minimum rotation range for the angle of attack of the fan blade.

Bei den bekannten Flügelformen mit S-förmiger Anströmkante fehlt jedoch aus geometrischen Gründen jegliche Verstellbarkeit des Anstellwinkels.In the known wing shapes with S-shaped leading edge missing, however, for geometrical reasons, any adjustability of the angle of attack.

Aufwändige strömungsmechanische Untersuchungen haben ergeben, dass die Verstellbarkeit des Anstellwinkels bei Ventilatorflügeln mit S-förmiger Anströmkante gewährleistet bleibt, bei denen der Mittelpunkt der Flügel-Außenkante in der Nähe der Drehachse bzw. des Radialstrahls liegt, im Idealfall auf dem Radialstrahl. Mit "Mittelpunkt" ist dabei der auf der Außenkante liegende Schnittpunkt von zwei auf der Außenkante verlaufenden Linien bezeichnet. Die eine dieser Linien (Skelettlinie) ist dadurch definiert, dass sie vom vorderen Anströmende der Außenkante (also dort, wo die Anströmkante und die Außenkante sich treffen) zum hinteren Abströmende (an dem sich die Außenkante und die Abströmkante treffen) verläuft und dabei an jedem Punkt denselben Abstand zur einen langen Seitenkante der Außenkante (an der sich die Saugseite bzw. Druckseite des Flügelblatts und die Außenkante treffen) wie zur anderen einhält. Die andere Linie ist dadurch definiert, dass sie als gerade Linie die Mitten der langen Seitenkanten der Außenkante miteinander verbindet. Der maximal zulässige Abstand des Mittelpunkts vom Radialstrahl hängt dabei insbesondere vom zu erzielenden Drehbereich des Anstellwinkels und der tolerierbaren Spaltbreite zwischen Außenkante und Gehäuseinnenwand ab. Meist ist in Längsrichtung der Außenkante ein kleinerer Abstand zum Mittelpunkt zulässig als in dazu senkrechter Richtung. Idealerweise liegt der Schnittpunkt des Radialstrahls mit der Außenkante so nah wie möglich am Mittelpunkt.Elaborate fluid mechanical investigations have shown that the adjustability of the angle of attack remains guaranteed with fan blades with an S-shaped leading edge in which the center of the wing outer edge lies in the vicinity of the axis of rotation or of the radial jet, ideally on the radial jet. The term "center point" refers to the intersection of two outer edge lines on the outer edge. One of these lines (skeleton line) is defined as running from the leading edge of the outer edge (ie where the leading edge and the outer edge meet) to the trailing edge (where the outer edge and the trailing edge meet) and at each The same distance to a long side edge of the outer edge (where the suction side or pressure side of the blade and the outer edge meet) as the other respects. The other line is defined by connecting as a straight line the centers of the long side edges of the outer edge. The maximum allowable distance of the center from the radial beam depends in particular on the range of rotation of the angle of attack to be achieved and the tolerable gap width between outer edge and inner wall of the housing. Usually, a smaller distance to the center is permissible in the longitudinal direction of the outer edge than in the direction perpendicular thereto. Ideally, the intersection of the radial with the outer edge is as close as possible to the midpoint.

Da der Mittelpunkt der Außenkante in der Nähe des Radialstrahls liegt, bleibt der Anstellwinkel des Ventilatorflügels bei gleicher Spaltbreite gleich weit wie bei einem entsprechenden nicht-geschwungenen Flügel einstellbar; ein erfindungsgemäßer Ventilator verbindet daher den Vorteil der Geräuschreduktion mit dem Vorteil der variablen Verstellbarkeit.Since the center of the outer edge is in the vicinity of the radial jet, the angle of attack of the fan blade with the same gap width remains the same as adjustable with a corresponding non-curved wing; a fan according to the invention therefore combines the advantage of noise reduction with the advantage of variable adjustability.

Manche Ausgestaltungen des Ventilatorflügels erreichen eine zusätzliche Geräuschverminderung durch eine zumindest teilweise gefranste Abströmkante. Ein nicht zu vernachlässigender Anteil der Geräuschemission im Ventilatorbetrieb entsteht nämlich regelmäßig durch eine Wechselwirkung der Abströmkante mit einer turbulenten Grenzschicht, die sich an der Oberfläche des Flügels bildet: Beispielsweise streut und beugt die Abströmkante die sie überstreichende Strömung, wodurch Schall erzeugt wird. Vor allem im nicht-optimalen Betriebsbereich des Ventilators brechen die Fransen der Abströmkante die über die Abströmkante streichenden Wirbel sozusagen auf und sorgen dadurch für eine deutliche Geräuschreduktion. In Versuchen wurde beispielsweise für einen Flügel mit einer gefransten Abströmkante eine bis zu 3dB geringere Geräuschbildung gemessen als für einen bis auf die Form der Abströmkante mit dem ersten Flügel identischen Flügel.Some embodiments of the fan blade achieve additional noise reduction by an at least partially fringed trailing edge. Namely, a non-negligible proportion of the noise emission in fan operation is produced regularly by an interaction of the trailing edge with a turbulent boundary layer extending at the surface For example, the trailing edge scatters and diffracts the flow passing over it, producing sound. Especially in the non-optimal operating range of the fan, the fringes of the trailing edge break up the eddies swept over the trailing edge, so to speak, and thus ensure a significant reduction in noise. In experiments, for example, for a wing with a fringed trailing edge up to 3 dB lower noise was measured than for an identical except for the shape of the trailing edge with the first wing wings.

Je nach Ausgestaltung weist die Fransenform der Abströmkante zwischen zwei und mehreren Dutzend bis hin zu mehreren hundert Fransen auf. Vorzugsweise sind die Fransen zackenförmig ausgebildet und umfassen zwei Kanten, die in einer Spitze zusammenlaufen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung steht die innen liegende Kante ungefähr senkrecht auf den Radialstrahl. Alternativ weicht die innen liegende Kante von der Senkrechten ab, beispielsweise fällt sie gegenüber dem Lot auf den Radialstrahl nach innen. Bei anderen Ausführungsformen steht die außen liegende Kante senkrecht auf dem Radialstrahl oder fällt gegenüber dem Lot nach außen. Vorzugsweise schließen die beiden Kanten einen Winkel zwischen 10 und 80 Grad ein. Meist ist die von den Kanten gebildete Spitze abgerundet. In einigen Ausgestaltungen haben die Fransen eine ellipsoide, kreisförmige oder sinusförmige Kontur.Depending on the embodiment, the fringe shape of the trailing edge between two and several dozen up to several hundred fringes. Preferably, the fringes are serrated and comprise two edges which converge in a point. In a particularly advantageous embodiment, the inner edge is approximately perpendicular to the radial beam. Alternatively, the inner edge deviates from the vertical, for example, it falls inwards relative to the Lot on the radial jet. In other embodiments, the outer edge is perpendicular to the radial jet or falls outward relative to the solder. Preferably, the two edges enclose an angle between 10 and 80 degrees. In most cases, the tip formed by the edges is rounded. In some embodiments, the fringes have an ellipsoidal, circular, or sinusoidal contour.

In einer Ausgestaltung sind die einzelnen Fransen der Abströmkante unterschiedlich ausgebildet. Beispielsweise weisen die innen gelegenen Spitzen leicht nach innen, während die weiter außen angeordneten Spitzen in eine zum Radialstrahl senkrechte Richtung zeigen oder nach außen gerichtet.In one embodiment, the individual fringes of the trailing edge are formed differently. For example, the tips located inwardly are slightly inward, while the tips located farther outward point in a direction perpendicular to the radial jet or directed outward.

Die Größe der einzelnen Fransen hängt in einer Ausgestaltung von der Anströmgeschwindigkeit des Fluids und/oder einer vorzugebenden Grenzfrequenz, oberhalb derer die Geräuschminderung erzielt werden soll, ab. Die Anströmgeschwindigkeit für einzelne Punkte auf der Abströmkante des Ventilatorflügels wird u.a. anhand von deren Abstände zur Nabe und der Drehgeschwindigkeit des Ventilators berechnet oder anhand von Messungen mit vergleichbaren Flügeln (mit oder ohne gefranster Abströmkante) bestimmt. Da die Anströmgeschwindigkeit für auf der Abströmkante liegende Punkte nach außen hin zunimmt, werden die Fransen ebenfalls nach außen hin größer. Für diese Ausgestaltung lassen sich in Versuchen besonders gute Ergebnisse nachweisen. In einigen Ausgestaltungen wird für den Ort jeder einzelnen Franse eine Anströmgeschwindigkeit bestimmt, beispielsweise indem der Durchschnitt aus mehreren, für verschiedene Punkte einer Franse bestimmte Anströmgeschwindigkeiten ermittelt wird. Alternativ wird nur eine mittlere Anströmgeschwindigkeit für mehrere oder alle Zacken bestimmt. Zudem kann die Abhängigkeit der Fransengröße von der Anströmgeschwindigkeit für jede einzelne Franse oder Gruppen von Fransen unterschiedlich sein. Fransen der gleichen Fransengruppe können auch die gleiche Fransengröße haben, wobei dann nebeneinander liegende Fransengruppen deutlich unterschiedliche Fransengrößen aufweisen. Andere Ausführungen umfassen Fransen, deren Größe nicht von der Anströmgeschwindigkeit und/oder der Grenzfrequenz abhängt. Zum Beispiel wechseln sich kürzere und längere Fransen entlang der Abströmkante ab.In one embodiment, the size of the individual fringes depends on the flow velocity of the fluid and / or a limit frequency to be preset, above which the noise reduction is to be achieved. The inflow velocity for individual points on the trailing edge of the fan blade is determined inter alia by their distances from the hub and the rotational speed calculated from the fan or determined by measurements with comparable blades (with or without fringed trailing edge). As the flow velocity for out-of-flow points increases toward the outside, the fringes also become larger toward the outside. For this embodiment, particularly good results can be demonstrated in experiments. In some embodiments, an inflow velocity is determined for the location of each individual fringe, for example by determining the average of several inflow velocities determined for different points of a fringe. Alternatively, only a mean flow velocity for several or all spikes is determined. In addition, the dependence of the fringe size on the flow velocity for each fringe or groups of fringes may be different. Fringes of the same fringe group can also have the same fringe size, with then adjacent fringe groups having significantly different fringe sizes. Other designs include fringes whose size does not depend on the flow velocity and / or the cutoff frequency. For example, shorter and longer fringes alternate along the trailing edge.

Für die folgende Beschreibung wird eine Abströmkante ohne Fransenform definiert. Bei einigen Ausgestaltungen sind die Fransen quasi auf diese Abströmkante ohne Fransenform aufgesetzt oder ragen wenigstens über sie hinaus und verbreitern so den Flügel; bei anderen Ausgestaltungen fügen die Fransen der Breite des Flügels nichts hinzu, sondern es wird vielmehr im Vergleich zum Flügel ohne Fransenform zur Ausbildung der Fransen Flügelmaterial entnommen. In diesem Fall definiert die Abströmkante ohne Fransenform die Lage der Spitzen. Oftmals ist auch ein Abschnitt der Abströmkante nahe der Innen- und/oder Außenkante nicht gefranst. Die Außen- und Innenkante wird also gegenüber dem Flügel ohne Fransenform nicht verkürzt. Andere Ausgestaltungen weisen keine solchen Abschnitte auf und können dadurch unter Umständen die Außen- und/oder Innenkante verkürzen. Außerdem existieren Ausgestaltungen mit nicht gefransten Abschnitten in der Mitte oder an anderen Stellen der Abströmkante.For the following description, a trailing edge is defined without a fringe shape. In some embodiments, the fringes are quasi placed on this trailing edge without fringe shape or at least extend beyond them and thus widen the wing; in other embodiments, the fringes add nothing to the width of the wing, but rather wing material is removed in comparison to the wing without a fringe shape to form the fringes. In this case, the trailing edge without fringe shape defines the location of the peaks. Often, a portion of the trailing edge near the inner and / or outer edge is not fringed. The outer and inner edge is thus not shortened compared to the wing without fringe shape. Other embodiments have no such sections and may thereby shorten the outer and / or inner edge. In addition, there are embodiments with non-fringed sections in the middle or at other locations of the trailing edge.

Um die Fertigung zu vereinfachen, ist bei einer Ausgestaltung des Ventilatorflügels einer der Übergänge der Fransenkanten zur Druck- und zur Saugseite abgerundet und der andere scharfkantig.In order to simplify the production, in one embodiment of the fan blade one of the transitions of the fringe edges to the pressure and the suction side is rounded and the other sharp-edged.

In den nachfolgenden Ausgestaltungen ist die Abströmkante mit oder ohne Fransen strömungsmechanisch günstig an die S-förmige Anströmkante und die festgelegte Position der Außenkante angepasst. Vorzugsweise bildet die Abströmkante dabei in der "Flügelblattebene" ebenfalls mindestens einen Bogen, in den meisten Ausgestaltungen jedoch zwei oder drei Bögen, wobei aber häufig nur ein Bogen in ähnlich starker Weise wie bei der Anströmkante gekrümmt ist. Meist liegt der stark ausgebildete Bogen im äußeren Drittel der Abströmkante und weist eine zum äußeren Bogen der Anströmkante parallele Krümmung auf. In der inneren Hälfte der Abströmkante liegen beispielsweise zwei flache Bögen mit einem Umkehrpunkt. Der zweite Bogen geht dann sehr flach und mit einem weiteren Umkehrpunkt in den äußeren, zur Anströmkante parallelen Bogen über. Vorzugsweise liegt die breiteste Stelle des Ventilatorflügels, also der Punkt, an dem die Anström- und Abströmkante am weitesten auseinander liegen, in seinem inneren Fünftel. Es ist jedoch auch möglich, dass der innerste Punkt der Anström- und der Abströmkante die breiteste Stelle markiert. In den meisten Ausgestaltungen stellt die Außenkante die schmalste Stelle des Flügels dar.In the following embodiments, the trailing edge with or without fringes is fluidically adapted to the S-shaped leading edge and the specified position of the outer edge. Preferably, the trailing edge also forms at least one sheet in the "sheet plane", but in most embodiments, two or three sheets, but often only one arc is curved in a similar strong manner as in the leading edge. In most cases, the highly developed arc lies in the outer third of the trailing edge and has a curvature parallel to the outer arc of the leading edge. In the inner half of the trailing edge are, for example, two flat arches with a reversal point. The second arc then goes over very flat and with another reversal point in the outer, parallel to the leading edge arc. Preferably, the widest point of the fan blade, so the point at which the inflow and outflow edge are furthest apart, in its inner fifth. However, it is also possible that the innermost point of the leading and trailing edge marks the widest point. In most embodiments, the outer edge represents the narrowest point of the wing.

Die erfindungsgemäße S-Form der Anströmkante beeinflusst die Strömung im Ventilatorbetrieb: beispielsweise ändern sich die radialen Geschwindigkeiten und damit die Verteilung der Flügelbelastung entlang des Radius usw. Um dies möglichst auszugleichen, sieht eine Ausgestaltung eine spezielle Struktur des Ventilatorflügels vor, bei der das Ventilatorflügelblatt entlang des Radialstrahls eine Längskrümmung aufweist. Vorzugsweise wölbt sich der Flügel dadurch auf seiner Saugseite konvex, auf der Druckseite konkav. Diese Längskrümmung ist meist in der äußeren Hälfte des Flügels besonders stark ausgeprägt. Zusätzlich ist meist eine weitere Querkrümmung über die Breite des Flügels vorhanden, so dass auch die einzelnen Punkte der Innen- und Außenkante (von innen bzw. außen betrachtet) nicht auf einer geraden Linie liegen. Beispielsweise ist der Flügelbereich in der Nähe der Anströmkante über seine ganze Länge von der angesaugten Luft weg quergekrümmt, so dass auch Innen- und Außenkante in Richtung ihres Anströmendes eine solche Querkrümmung aufweisen. Die Querkrümmung kann längs des Flügels unterschiedlich groß sein. Eine solche komplexe Form des Ventilatorflügels erweist sich als strömungsmechanisch günstig und verhindert oder verringert einen durch die Sichelform verursachten Leistungsabfall, der sonst gegenüber konventionellen Flügeln mit mehr oder weniger geraden Kanten unter Umständen entstehen könnte. Vielmehr können sich für einen derartigen Flügel dieselben Anströmungs-, Abströmungs- und Umströmungsbedingungen ergeben wie für einen vergleichbaren konventionellen Flügel.The inventive S-shape of the leading edge influences the flow during fan operation: for example, the radial velocities and thus the distribution of wing loading along the radius change, etc. To compensate for this as possible, provides an embodiment of a special structure of the fan blade, in which the fan blade along of the radial jet has a longitudinal curvature. Preferably, the wing thus bulges convexly on its suction side, concave on the pressure side. This longitudinal curvature is usually particularly pronounced in the outer half of the wing. In addition, usually a further transverse curvature is over the width of the wing available, so that the individual points of the inner and outer edge (viewed from inside or outside) are not on a straight line. For example, the wing area in the vicinity of the leading edge over its entire length of the sucked air is curved away, so that the inner and outer edge in the direction of its inflow end have such a transverse curvature. The transverse curvature can vary in size along the wing. Such a complex form of the fan blade proves to be favorable in terms of fluid mechanics and prevents or reduces a power loss caused by the crescent shape, which could otherwise possibly arise in comparison to conventional blades with more or less straight edges. Rather, the same inflow, outflow and flow conditions can result for such a wing as for a comparable conventional wing.

Bei den meisten Ausgestaltungen des Flügels ist die Außenkante vorzugsweise an die Form des meist runden Schachts oder Gehäuses um den Ventilator herum angepasst (wenn er sich denn in einem solchen befindet), indem sie in etwa die gleiche Krümmung wie die Gehäuseinnenwand hat. Betrachtet man die Außenkante von außen in Richtung des Radialstrahls, weist sie meist eine "Flügelform" auf: ihr vorderes, die Anströmkante treffendes Ende und ihr hinteres, die Abströmkante treffendes Ende haben vorzugsweise eine abgerundete Form zwischen der Saug- und der Druckseite, wobei der Radius der Rundung beim vorderen Anströmende größer ist als beim hinteren Abströmende. Vom Anströmende in Richtung des Abströmendes nimmt die Außenkantenbreite im Bereich des ersten Drittels der Außenkante erst zu und dann langsamer wieder ab. Bei den meisten Ausführungsformen wird die Zunahme der Außenkantenbreite hauptsächlich durch Aufwölbung einer (und zwar meist der sich mit der Saugseite des Ventilatorflügels treffenden) langen Seitenkante der Außenkante erreicht. Diese Flügelform mit konvexer Wölbung verstärkt den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Saug- und Druckseite und das Ausmaß der Luftablenkung. Auch die Profile von zur Außenkante parallelen Schnitten des Flügels weisen eine Flügelform auf.In most embodiments of the wing, the outer edge is preferably conformed to the shape of the mostly round shaft or housing around the fan (if it is in one) by having approximately the same curvature as the inner wall of the housing. If one looks at the outer edge from the outside in the direction of the radial jet, it usually has a "wing shape": their front, the leading edge and the rear end meet the trailing edge preferably have a rounded shape between the suction and the pressure side, wherein the Radius of the rounding at the front of the upstream end is greater than the rear outflow end. From the inflow end in the direction of the outflow end, the outer edge width in the region of the first third of the outer edge first increases and then decreases more slowly. In most embodiments, the increase in the outer edge width is achieved mainly by the bulging of a (mostly the striking with the suction side of the fan blade) long side edge of the outer edge. This wing shape with convex curvature enhances the speed difference between the suction and pressure sides and the extent of the air deflection. The profiles of parallel to the outer edge of the wing sections have a wing shape.

In einer Ausführungsform ist über die gesamte Länge der Au-ßenkante oder sogar über sie hinausstehend ein Querstück oder Winglet angebracht. Ein derartiges Querstück hilft beim Reduzieren bzw. Fernhalten von Luftwirbeln, die sich häufig am Ende des Flügels bilden. Es steht vorzugsweise nach beiden Seiten senkrecht zum Radialstrahl ab, wobei sich die beiden Winkel gegenüber der Flügelfläche in Abhängigkeit von deren Krümmung entlang des Radialstrahls häufig beträchtlich von 90° unterscheiden, zusammen aber annähernd 180° ergeben. Eine andere Ausführungsform sieht ein schräg nach außen und der angesaugten Luft entgegenstehendes Querstück vor.In one embodiment, a crosspiece or winglet is mounted over the entire length of the outer edge or even beyond it. Such a crosspiece helps to reduce or eliminate air vortices that often form at the end of the wing. It is preferably perpendicular to the radial jet on both sides, the two angles to the wing surface depending on their curvature along the radial jet often differ considerably from 90 °, but together give approximately 180 °. Another embodiment provides an obliquely outward and the sucked air opposing crosspiece.

Beispielsweise verdoppelt oder verdreifacht das Querstück - von außen her betrachtet - die Breite der Außenkante. Dabei steht das Querstück meist nach beiden Richtungen gleich weit über die Breite der Außenkante hinaus. In einer Ausführungsform ändert sich die Breite von einem Eckpunkt der Außenkante bis zum anderen, wobei bis zur Mitte der Außenkante eine Zunahme und danach eine Abnahme der Breite erfolgt. An den Enden der Außenkante liegt demnach die geringste Breite des Querstücks vor, die jedoch meist die Breite der Außenkante überschreitet. Eine andere Ausführungsform sieht keine Überschreitung der Breite der Außenkante an deren Enden vor. Alternativ liegt über die Länge der Außenkante eine konstante Breite vor, oder eine konstante Breite mit einem langsam abnehmenden Abschluss zu den Enden. Die Varianten mit abnehmender Breite des Querstücks zu den Enden der Außenkante hin erweisen sich dabei für den zulässigen Verstellbereich des Anstellwinkels als besonders günstig.For example, the crosspiece doubles or triples - as viewed from the outside - the width of the outer edge. The crosspiece is usually the same distance in both directions beyond the width of the outer edge. In one embodiment, the width changes from one vertex of the outer edge to the other, with an increase up to the middle of the outer edge and then a decrease in the width. Accordingly, at the ends of the outer edge, the smallest width of the cross piece is present, which, however, usually exceeds the width of the outer edge. Another embodiment does not provide for exceeding the width of the outer edge at its ends. Alternatively, there is a constant width over the length of the outer edge, or a constant width with a slowly decreasing termination to the ends. The variants with decreasing width of the cross piece to the ends of the outer edge prove to be particularly favorable for the allowable adjustment of the angle of attack.

Ein Ventilatorflügel misst in der Länge beispielsweise das 1,5- bis 4-fache seiner maximalen Breite. Dabei variiert die Breite in einigen Ausführungsformen beträchtlich; beispielsweise unterscheidet sich die Breite an verschiedenen Stellen des Flügels um den Faktor 2. Die absolute Flügelgröße wird in Abhängigkeit vom gewünschten Fördervolumen skaliert.For example, a fan blade measures 1.5 to 4 times its maximum width in length. The width varies considerably in some embodiments; For example, the width differs by a factor of 2 at different positions of the wing. The absolute wing size is scaled depending on the desired delivery volume.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen nebst den angefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Ansicht auf die Druckseite einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilators;
Fig. 2: eine Ansicht auf die Druckseite einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 3: eine sichtliche Ansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 4: eine Ansicht auf die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 5: einen Schnitt des Ventilatorflügels aus Fig. 4;
Fig. 6: eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels von innen;
Fig. 7: eine Ansicht auf die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 8: eine Ansicht von außen auf die Außenkante einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels; und
Fig. 9: eine Ansicht auf die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels.

The invention will now be explained in more detail by means of embodiments together with the attached drawings. In the drawings show:

Fig. 1: a view of the pressure side of an embodiment of a fan according to the invention;
Fig. 2: a view of the pressure side of an embodiment of a fan blade according to the invention;
Fig. 3: a clear view of another embodiment of a fan blade according to the invention;
Fig. 4: a view of the suction side of another embodiment of a fan blade according to the invention;
Fig. 5: a section of the fan blade Fig. 4 ;
Fig. 6: a view of another embodiment of a fan blade according to the invention from the inside;
Fig. 7: a view of the suction side of another embodiment of a fan blade according to the invention;
Fig. 8: an outside view of the outer edge of an embodiment of a fan blade according to the invention; and
Fig. 9: a view of the suction side of another embodiment of a fan blade according to the invention.

Figur 1 zeigt auf die Druckseite einer Ausführungsform eines Ventilators 9. Der Ventilator 9 weist vier sternförmig um die Nabe 7 angeordnete Ventilatorflügel 1 auf, von denen entsprechend der Betrachtungsrichtung jeweils die Druckseite zu sehen ist. Zur Befestigung nehmen an der Nabe angebrachte Befestigungsvorrichtungen 8 die Flügelfüße 5 der Ventilatorflügel 1 auf. Beispielsweise werden die Flügelfüße 5 in die Befestigungsvorrichtungen 8 gesetzt und dann um den Radialstrahl verdreht, bis sie die gewünschte Verdrehstellung erreicht haben. Das Fixieren in der gewählten Position wird beispielsweise durch Schrauben, Klemmvorrichtungen wie Federn oder durch zwischen Ventilatorflügelfuß 5 und Befestigungsvorrichtung 8 eingesetzte, einstellbare oder angepasste Zwischenstücke (die nicht gezeigt sind) erreicht. Bei der Wahl der Befestigungsform sind die (teilweise beträchtlichen) Fliehkräfte zu berücksichtigen, die im Betrieb auf die Ventilatorflügel 1 wirken. FIG. 1 shows the pressure side of an embodiment of a fan 9. The fan 9 has four star-shaped arranged around the hub 7 fan blades 1, of which according to the viewing direction in each case the pressure side can be seen. For attachment to the hub mounted fasteners 8, the wing feet 5 of the fan blades 1 on. For example, the wing feet 5 are placed in the fasteners 8 and then rotated by the radial until they have reached the desired rotational position. The fixing in the selected position, for example, by screws, clamps such as springs or by between fan blade 5 and fastening device 8 inserted, adjustable or adapted spacers (which are not shown) reached. When choosing the mounting form, the (sometimes considerable) centrifugal forces are to be considered, which act on the fan blades 1 during operation.

Nicht in der Figur dargestellt ist der Motor, der den Ventilator 9 in eine Rotationsbewegung um eine durch den Mittelpunkt N der Nabe 7 aus der Bildebene herausragende Achse versetzt. Die normale Bewegungsrichtung des Ventilators 9 deutet Pfeil B an. Für diese Bewegungsrichtung, in der die Anströmkanten 1 voraneilen, ist die Form der Flügel 1 optimiert. Jedoch ist bei Bedarf auch eine Bewegung in die andere Richtung möglich.Not shown in the figure is the motor which sets the fan 9 in a rotational movement about an axis projecting through the center N of the hub 7 from the image plane axis. The normal direction of movement of the fan 9 indicates arrow B. For this direction of movement, in which the leading edges 1 advance, the shape of the wings 1 is optimized. However, if necessary, a movement in the other direction is possible.

Anstelle von vier Flügeln 1 kann ein Ventilator 9 jede andere gerade oder ungerade Anzahl von Ventilatorflügeln 1 umfassen, die meist im selben Abstand voneinander angeordnet sind.Instead of four wings 1, a fan 9 may comprise any other even or odd number of fan blades 1, which are usually arranged at the same distance from each other.

In der Figur ist das Gehäuse des Ventilators 9 nicht gezeigt. Typischerweise besteht zwischen der Gehäuseinnenwand und den Außenkanten 4 der Ventilatorflügel 1 ein Spalt, der beispielsweise sechs Promille des Ventilator-Außendurchmessers misst. Bei dieser Breite ist der Anstellwinkel der Flügel 1 des gezeigten Ventilators 9 um ca. 10 bis 12 Grad verstellbar.In the figure, the housing of the fan 9 is not shown. Typically, between the housing inner wall and the outer edges 4 of the fan blades 1, there is a gap measuring, for example, six parts per thousand of the fan outside diameter. In this width, the angle of attack of the wing 1 of the fan 9 shown by about 10 to 12 degrees adjustable.

Verschiedene Ausführungsformen von Ventilatorflügeln 1 sind in den Figuren 2 bis 7 dargestellt.Various embodiments of fan blades 1 are in the FIGS. 2 to 7 shown.

Dabei zeigt Figur 2 die Druckseite einer maßstabsgetreuen Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1. Die Anströmkante 2, die im Betrieb voraneilt, weist eine flache S-Form auf, wobei sich der Umkehrpunkt von innen gesehen nicht ganz in der Mitte der Anströmkante 2 befindet. Auch die Abströmkante 3 ist geschwungen. Im äußeren Drittel verläuft sie parallel zu der Anströmkante 3; in den beiden inneren Dritteln zeigt sie zwei kleine, kaum ausgeprägte Krümmungen mit zwei Umkehrpunkten. Die Ecken der Innenkante 6 sind gegenüber den anderen Kantenpunkten etwas heruntergezogen, so dass die Innenkante 6 insgesamt eine im Bild nach unten offene Krümmung beschreibt, die der Flügelfuß 5 in der Mitte unterbricht.It shows FIG. 2 The leading edge 2, which voranilt in operation, has a flat S-shape, wherein the turning point seen from the inside is not quite in the middle of the leading edge 2. The trailing edge 3 is curved. In the outer third, it runs parallel to the leading edge 3; in the two inner thirds it shows two small, hardly pronounced bends with two reversal points. The corners of the inner edge 6 are opposite to the other Edge points slightly pulled down, so that the inner edge 6 describes a total in the picture downwardly open curvature, which interrupts the wing base 5 in the middle.

Der Flügelfuß 5 ist dazu ausgelegt, den Ventilatorflügel 1 mit der an der Nabe 7 angebrachten Befestigungsvorrichtung 8 (siehe Figur 1) zu verbinden und den gewünschten Anstellwinkel einzustellen.The blade root 5 is adapted to the fan blade 1 with the attached to the hub 7 fastening device 8 (see FIG. 1 ) and set the desired angle of attack.

Die Radialstrahlen x der einzelnen Flügel 1 verlaufen vom Nabenmittelpunkt N des Ventilators 9 mittig durch den Flügelfuß 5 des jeweiligen Flügels 1 sternförmig nach außen. Der Mittelpunkt M der Außenkante 4 des Ventilatorflügels 1 fällt auf den Radialstrahl x als Drehachse für die Flügelverstellung. Damit bewegen sich die Enden der Außenkante 4 bei einer Drehung um die Drehachse x auf einem Kreis mit der Entfernung des Endes vom Mittelpunkt M als Radius. Wie zu sehen ist, weist die Außenkante 4 außerdem eine leichte Krümmung auf, so dass sie an die Form des (nicht gezeigten) Gehäuses angepasst ist.The radial jets x of the individual wings 1 extend from the center of the hub N of the fan 9 centrally through the wing base 5 of the respective wing 1 star-shaped outward. The center M of the outer edge 4 of the fan blade 1 falls on the radial beam x as a rotation axis for the wing adjustment. Thus, the ends of the outer edge 4 move in rotation about the rotation axis x on a circle with the distance of the end of the center M as a radius. As can be seen, the outer edge 4 also has a slight curvature so that it conforms to the shape of the housing (not shown).

Nachfolgend werden zur Verdeutlichung der Ventilatorflügelausbildung Längenangaben einzelner Flügelabschnitte angegeben, die sich auf eine bestimmte Ausführungsform beziehen. Abhängig vom Fördervolumen oder anderen Ventilatorparametern können diese Längenangaben entsprechend skaliert werden. Selbstverständlich sind auch die angegebenen Längenverhältnisse nicht einschränkend zu verstehen.Below are given to clarify the fan blade training length specifications of individual wing sections, which relate to a particular embodiment. Depending on the delivery volume or other fan parameters, these lengths can be scaled accordingly. Of course, the specified length ratios are not restrictive to understand.

Die Länge des in Figur 2 gezeigten Ventilatorflügels 1 beträgt ohne den Flügelfuß 5 beispielsweise 13 cm. Die Breite des Ventilatorflügels nimmt im Großen und Ganzen von innen bis zur Außenkante 4 nach außen ab. Die breiteste Flügelstelle befindet sich nicht am innersten Punkt, sondern etwas nach außen verschoben; sie misst ungefähr 7 cm. An der schmalsten Stelle hat der Flügel 1 eine Breite von ca. 5,5 cm. Damit bewegt sich das Verhältnis der Länge des Ventilatorflügels 1 zu seiner Breite in einer Größenordnung von 1,8 bis 2,4. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Flügellänge zur Flügelbreite für den ganzen Flügel oder stellenweise kleiner als 1, beispielsweise ist dann die Außenkante 4 länger als die Anströmkante 2 und die Abströmkante 3.The length of the in FIG. 2 shown fan blade 1 is without the wing base 5, for example, 13 cm. The width of the fan blade decreases on the whole from the inside to the outer edge 4 to the outside. The widest wing point is not at the innermost point, but slightly shifted outwards; it measures about 7 cm. At the narrowest point, the wing 1 has a width of about 5.5 cm. Thus, the ratio of the length of the fan blade 1 moves to its width in the order of 1.8 to 2.4. In other embodiments, the ratio of the wing length for wing width for the entire wing or in places smaller than 1, for example, then the outer edge 4 is longer than the leading edge 2 and the trailing edge. 3

Figur 3 stellt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels 1 in einer seitlichen Ansicht auf die Abströmkante 3 dar; im Bild liegt die Saugseite des Flügels 1 rechts. FIG. 3 shows a further embodiment of a fan blade 1 according to the invention in a side view of the trailing edge 3; in the picture, the suction side of the wing 1 is right.

Aus dieser Perspektive ist die Krümmung des Flügels 1 entlang des Radialstrahls x deutlich sichtbar: die Saugseite des Flügels wölbt sich konvex, die gegenüberliegende Druckseite konkav. Die Innenkante 6 ist im Vergleich zur Außenkante 4 deutlich von der angesaugten Luft weg gekrümmt.From this perspective, the curvature of the wing 1 along the radial beam x is clearly visible: the suction side of the wing bulges convex, the opposite pressure side concave. The inner edge 6 is significantly curved in comparison to the outer edge 4 of the sucked air.

Der gezeigte Flügel 1 weist außerdem ein Querstück (Winglet) 10 auf. Es ist auf die Außenkante 4 aufgesetzt und steht zur Saug- und zur Druckseite gleich weit über diese hinaus. Der Winkel zwischen dem zur Druckseite abstehenden Querstückteil und dem Flügelblatt beträgt aufgrund der Flügelkrümmung deutlich mehr als 90°, während der Winkel zwischen dem zur Saugseite abstehenden Querstückteil und dem Flügelblatt deutlich darunter liegt.The wing 1 shown also has a crosspiece (winglet) 10. It is placed on the outer edge 4 and is equal to the suction and the pressure side beyond this. The angle between the protruding to the pressure side crosspiece part and the blade is significantly more than 90 ° due to the wing curvature, while the angle between the protruding to the suction side crosspiece part and the blade is significantly lower.

Figur 4 zeigt die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1 aus leicht seitlicher Perspektive. Auch dieser Flügel 1 verfügt über ein Querstück 10, das - wie hier zu sehen ist - mit der Länge der Außenkante 4 abschließt und nicht über diese hinausragt. In dieser Figur ist auch ein Schlitz 11 an der Anströmkante 2 gezeigt, der bei Bedarf als Aufnahme für Wuchtgewichte dient. FIG. 4 shows the suction side of another embodiment of a fan blade 1 from a slightly lateral perspective. Also, this wing 1 has a crosspiece 10, which - as can be seen here - terminates with the length of the outer edge 4 and does not protrude beyond this. In this figure, a slot 11 is shown on the leading edge 2, which serves as a recording for balancing weights when needed.

Figur 5 präsentiert einen Schnitt des Flügels 1 aus Figur 4 entlang der Achse A-A. FIG. 5 presents a section of the wing 1 FIG. 4 along the axis AA.

Die Materialdicke bleibt in dieser Ausführungsform über den größten Teil der Flügellänge etwa konstant. Erst im äußeren Drittel nimmt sie deutlich ab, da dort geringere Kräfte wirken als im inneren Flügelteil. Vorzugsweise ist die Materialdicke gegenüber weiteren, zum gezeigten Schnitt parallelen Schnittprofilen nicht konstant.The material thickness remains approximately constant in this embodiment over most of the wing length. Only in the outer third does it decrease significantly, since there lower forces act as in the inner wing part. Preferably, the material thickness compared to other, parallel to the section shown sectional profiles not constant.

Die Perspektive der Figur 6, die einen Flügel 1 von der Nabe nach außen gesehen zeigt, verdeutlicht noch einmal die komplexe Struktur des Flügels 1. Nicht nur weist die Anströmkante 2 eine S-Form auf, sondern der Flügel 1 ist auch in Richtung des Radialstrahls x von innen nach außen gekrümmt. Weiterhin zeigt der Flügel 1 auch eine Krümmung über seine Breite, wie an der Innenkante 6 zu sehen ist. Das Ende der Innenkante 6, das die Abströmkante 3 trifft, springt in dieser Ausführungsform etwas vor.The perspective of FIG. 6 , which shows a wing 1 seen from the hub to the outside, once again illustrates the complex structure of the wing 1. Not only does the leading edge 2 an S-shape, but the wing 1 is also in the direction of the radial beam x from the inside out curved. Furthermore, the wing 1 also shows a curvature over its width, as can be seen on the inner edge 6. The end of the inner edge 6, which meets the trailing edge 3, projects slightly in this embodiment.

Das Querstück 10 verläuft über die ganze Länge der Außenkante 4, schließt aber mit der Anströmkante 2 ab und steht nicht über diese hinaus. Um einen strömungstechnisch günstigen Abschluss zu schaffen, geht die Breite des Querstücks 10 langsam bis auf die Breite der Anströmkante zurück. An der Stelle seiner überstehenden Breite vervielfacht das Querstück 10 die Breite der Außenkante, beispielsweise um den Faktor 3. In der gezeigten Ausführungsform ist das zur Saugseite hin abstehende Querstückteil breiter ausgebildet als das zur Druckseite hin abstehende Querstückteil.The crosspiece 10 extends over the entire length of the outer edge 4, but closes off with the leading edge 2 and is not beyond this. In order to create a fluidically favorable conclusion, the width of the cross piece 10 is slow back to the width of the leading edge. At the location of its protruding width, the crosspiece 10 multiplies the width of the outer edge, for example by a factor of 3. In the embodiment shown, the crosspiece part protruding toward the suction side is wider than the transverse piece part projecting towards the pressure side.

Der Flügelfuß 5 weist in dieser Ausführungsform einen teilweise durchbrochenen Kreisring auf, auf den beispielsweise ein passendes (nicht gezeigtes) Zwischenstück aufgesetzt werden kann. Eine Befestigungsvorrichtung 8 an der Nabe 7 nimmt wiederum das Zwischenstück auf und sorgt so für einen festen Halt des Flügels 1. Die Wahl bzw. Einstellung des Zwischenstücks gibt den Anstellwinkel des Flügels 1 vor.The blade base 5 in this embodiment has a partially perforated circular ring on which, for example, a matching (not shown) adapter can be placed. A fastening device 8 on the hub 7 in turn receives the intermediate piece and thus ensures a firm hold of the wing 1. The choice or setting of the intermediate piece specifies the angle of attack of the wing 1.

Figur 7 zeigt die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines Ventilatorflügels. Hier ist wiederum die Krümmung des Flügels 1 entlang des Radialstrahls x gut sichtbar, die auf der Saugseite konvex sichtbar ist. Auch diese Ausführungsform weist einen in Bezug auf Fig. 6 beschriebenen Flügelfuß 5 und ein Querstück 10 auf. FIG. 7 shows the suction side of another embodiment of a fan blade. Here again, the curvature of the wing 1 along the radial ray x is clearly visible, which is convex visible on the suction side. This embodiment also has reference to FIG Fig. 6 described wing base 5 and a crosspiece 10.

Mit Blickrichtung von außen in Richtung des Radialstrahls zeigt Figur 8 die Außenkante 4 einer Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1. Aus dieser Blickrichtung ist die Flügelform der Außenkante 4 zu erkennen. Das Anströmende 15 der Außenkante, an dem sich die Anströmkante mit der Außenkante trifft, weist genauso wie das gegenüberliegende Abströmende 16 eine abgerundete Form auf. Der Krümmungsradius der Rundung ist beim Anströmende 15 deutlich größer als beim Abströmende 16. An der langen Seitenkante 18 treffen sich die Saugseite des Flügels 1 und die Außenkante 4, an der Seitenkante 17 die Druckseite und die Außenkante 4. Durch die Flügelform der Außenkante 4 ist die Seitenkante 18 länger als die Seitenkante 17. Aufgrund des längeren Weges entlang der Seitenkante 18 muss im Ventilatorbetrieb Luft, die entlang der Seitenkante 18 strömt, schneller strömen als Luft, die entlang der kürzeren Seitenkante 17 strömt. Dadurch bildet sich ein Unterdruck bzw. Sog auf der Saugseite des Flügels 1 aus, der Luft aus der Umgebung des Ventilators 9 ansaugt, und Druck auf der Druckseite, der die Luft vom Ventilator 9 weg verteilt.Viewing from the outside in the direction of the radial beam shows FIG. 8 the outer edge 4 of an embodiment of a fan blade 1. From this line of sight, the wing shape of the outer edge 4 can be seen. The inflow end 15 of the outer edge, at which the leading edge meets the outer edge, as well as the opposite outflow end 16 has a rounded shape. At the long side edge 18, the suction side of the wing 1 and the outer edge 4, meet at the side edge 17, the pressure side and the outer edge 4. The wing shape of the outer edge 4 is the side edge 18 is longer than the side edge 17. Due to the longer travel along the side edge 18, in the fan mode, air flowing along the side edge 18 must flow faster than air flowing along the shorter side edge 17. This forms a negative pressure or suction on the suction side of the wing 1, which sucks air from the environment of the fan 9, and pressure on the pressure side, which distributes the air away from the fan 9.

Ebenfalls eingezeichnet ist der Mittelpunkt M der Außenkante 4, der durch den Schnittpunkt von zwei Linien gebildet ist, wobei die erste Linie das Anströmende 15 mit dem Abströmende 16 und die zweite Linie die Mitte der beiden langen Seitenkanten 17 und 18 miteinander verbindet.Also drawn in is the midpoint M of the outer edge 4 formed by the intersection of two lines, the first line connecting the upstream end 15 to the downstream end 16 and the second line connecting the center of the two long side edges 17 and 18.

Zuletzt stellt Figur 9 eine Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1 dar, dessen Abströmkante 3 gefranst ist. Zwei Abschnitte der Abströmkante 3 in der Nähe der Außenkante 4 und der Innenkante 6 sind nicht gefranst, so dass Außen- und Innenkante gegenüber einem Flügel ohne Fransenform nicht verkürzt sind. Insgesamt weist die Abströmkante 3 dreiundzwanzig verschieden große zackenförmige Fransen 25 auf, die jeweils eine innen liegende Kante 23, eine außen liegende Kante 21 und eine Spitze 22 umfassen. Von innen nach außen bilden die innersten vier, die darauffolgenden sieben, die nächsten sechs und die auf diese folgenden sechs Fransen 25 jeweils Gruppen mit gleich großen Fransen. Die Fransengröße einer Gruppe nimmt von der innersten zu äußersten Gruppe zu. Für diese Ausführungsform wird die Größe h der einzelnen Fransen entsprechend der Formel $f > > \frac{w_{\infty}}{2 π h}$

(siehe Thomas Carolus: Ventilatoren - Aerodynamischer Entwurf, Schallvorhersage, Konstruktion) bestimmt. Dabei ist f eine Grenzfrequenz, oberhalb derer die Geräuschminderung eintritt. Sie kann vom Bediener (unter Beachtung anderer Designparameter) vorgegeben werden. w _∞ ist die Anströmgeschwindigkeit, die in dieser Ausführungsform für jede Franse 25 einzeln berechnet wird. Sie hängt u.a. vom Abstand der Franse von der Nabe und der Drehgeschwindigkeit des Ventilators ab.Last represents FIG. 9 an embodiment of a fan blade 1, the trailing edge 3 is fringed. Two portions of the trailing edge 3 in the vicinity of the outer edge 4 and the inner edge 6 are not fringed, so that the outer and inner edges are not shortened compared to a wing without fringe shape. Overall, the trailing edge 3 has twenty-three differently sized serrated fringes 25, each comprising an inner edge 23, an outer edge 21 and a tip 22. From the inside to the outside, the innermost four, the following seven, the next six and the following six fringes 25 each form groups with equal fringes. The fringe size of a group increases from the innermost to the outermost group. For this embodiment becomes the size h of the individual fringes according to the formula

f > > \frac{w_{\infty}}{2 π H}

(see Thomas Carolus: Fans - Aerodynamic Design, Sound Prediction, Construction). In this case, f is a cutoff frequency above which the noise reduction occurs. It can be specified by the operator (taking into account other design parameters). w _∞ is the inflow velocity, which is individually calculated for each fringe 25 in this embodiment. It depends inter alia on the distance of the fringe from the hub and the rotational speed of the fan.

Auch hinsichtlich ihrer Form unterscheiden sich die Fransen von innen nach außen. Während die innen liegenden Kanten 23 der innen und außen liegenden Fransen 25 bezüglich des Lotes y auf den Radialstrahl x leicht nach innen zeigen, steht die innen liegende Kante 23 der mittig gelegenen Fransen 25 in einem rechten Winkel auf dem Radialstrahl x, wie das eingezeichnete Lot y auf den Radialstrahl x deutlich macht. In diesem Fall bildet die innen gelegene Kante 23 mit der außen gelegenen Kante 21 einen Winkel von ungefähr 45 Grad. Dieser Winkel nimmt bei den weiter außen und innen gelegenen Fransen 25 kontinuierlich ab.Also in terms of their shape, the fringes differ from inside to outside. While the inner edges 23 of the inner and outer fringes 25 point slightly inward with respect to the solder y on the radial ray x, the inner edge 23 of the central fringes 25 is at right angles to the radial ray x, such as the plotted lot y makes clear on the radial ray x. In this case, the inboard edge 23 forms an angle of approximately 45 degrees with the outboard edge 21. This angle decreases continuously in the more outward and inward fringes 25.

Alle Spitzen 22 liegen auf einer gedachten ungefransten Abströmkante, die in Figur 9 durch eine gestrichelte Linie 24 dargestellt ist. Wie zu sehen ist, weist die gezeigte Ausführungsform gegenüber einem ungefransten Flügel Materialaussparungen auf. In Entsprechung zu den in den vorangehenden Figuren gezeigten Abströmkanten 3 besitzt auch die ungefranste Abströmkante 24 eine strömungsmechanisch günstige Form.All tips 22 lie on an imaginary unrestrained trailing edge, which in FIG. 9 is shown by a dashed line 24. As can be seen, the embodiment shown has material recesses relative to an unfrozen wing. In correspondence with the trailing edges 3 shown in the preceding figures, the non-continuous trailing edge 24 also has a favorable shape in terms of flow mechanics.

Claims

A fan (9) which has at least one fan blade (1) arranged around a driven hub (7),
wherein a rotational setting of the at least one fan blade (1) can be adjusted in an axis of rotation (x) extending radially,
wherein the at least one fan blade (1) comprises:
a leading edge (2) and

an outer edge (4) which embraces the radially outermost profile face of the at least one fan blade (1) and is shorter than the leading edge (2), wherein the mid-point (M) of the outer edge (4) of the fan blade (1) drops onto the axis of rotation (x) of the blade adjustment, wherein the mid-point (M) is the point of intersection - situated on the outer edge (4) - of two lines which extend on the outer edge (4) and one line of which extends from the front leading end of the outer edge (4) to the rear trailing end and during this maintains at each point the same distance from a long lateral edge of the outer edge (4) as from the other lateral edge thereof and the other line of which in the form of a straight line joins the centres of the long lateral edges of the outer edge (4) to each other, wherein the fan (9) is characterized in that the leading edge is curved in the shape of an S in the plane of the fan blade.
A fan (9) according to claim 1, wherein the at least one fan blade (1) has a trailing edge (3) fringed at least in part.
A fan (9) according to claim 2, wherein in the case of the at least one fan blade (1) the size of each fringe (25) of the trailing edge (3) fringed at least in part is dependent upon the approach velocity of a fluid flowing onto the respective fringe and/or a cut-off frequency which is to be pre-set and above which a reduction in noise is to be achieved.
A fan (9) according to claim 2 or 3, wherein in the case of the at least one fan blade (1) each fringe (25) of the trailing edge (3) fringed at least in part has two edges (21, 23), one of which is at a right angle to the radial beam (x).
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the trailing edge (3) of the at least one fan blade (1) is curved in the plane of the fan blade.
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein a cross member (10) is attached to the outer edge (4) of the at least one fan blade (1).
A fan (9) according to claim 6, wherein the cross member (10) of the at least one fan blade (1) extends over the entire length of the outer edge (4) and projects on both sides over its entire length or part of its length beyond the width of the outer edge (4).
A fan (9) according to claim 6 or 7, wherein the cross member of the at least one fan blade (1) at the ends of the outer edge (4) has the width of the outer edge (4).
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the leaf of the at least one fan blade (1) is curved along the radial beam (x).
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the sectional profile of the at least one fan blade (1) parallel to the outer edge has a blade shape at each point.
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the leading edge (2) and the trailing edge (3) of the at least one fan blade (1) extend parallel to each other in the outer region of the blade (1).
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the leading edge (2) and the trailing edge (3) of the at least one fan blade (1) are at the shortest distance from each other at the outermost point thereof in each case.
A fan (9) according to any one of the preceding claims, wherein the trailing edge (3) of the at least one fan blade (1) has altogether three curves and two reversal points.
A fan (9) according to any one of the preceding claims, in which the outer edge (4) of the at least one fan blade (1) has a curve which is adapted to the curve of the housing.