EP2466150B1

EP2466150B1 - Verfahren zur Herstellung eines Flügelrades für einen Ventilator

Info

Publication number: EP2466150B1
Application number: EP11009938.9A
Authority: EP
Inventors: Michael Stephan; Tobias Gauss
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: SI2466150T1; EP2466150A3; EP2466150A2; ES2586878T3; DE102010056145A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flügelrades nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es sind Flügelräder bekannt, deren Lüfterflügel am Außenrand mit quer abstehenden Strömungselementen versehen sind, die dafür sorgen, dass die mit solchen Flügelrädern ausgestatteten Ventilatoren geräuscharm arbeiten ( US 2008/253896 A1 ). Da je nach Größe der Ventilatoren Flügelräder unterschiedlicher Durchmesser benötigt werden, sind für die unterschiedlichen Flügelradgrößen auch unterschiedliche Werkzeuge zu deren Herstellung notwendig. Die Investitionskosten für solche Werkzeuge sind jedoch sehr hoch.
Es sind auch Lüfterflügel bekannt ( CN 2 377 383 Y ), die mit radialem Abstand hintereinander liegende Strömungselemente aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass Flügelräder unterschiedlichen Durchmessers kostengünstig hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Das Flügelrad zeichnet sich dadurch aus, dass es am radial äußeren Rand nicht nur das Strömungselement aufweist, sondern mit radialem Abstand von ihm mit wenigstens einem weiteren Strömungselement versehen ist. Dieses weiter innen liegende Strömungselement liegt auf einem zum Ablängen der Lüfterflügel geeigneten Durchmesser, erstreckt sich also entlang einer gedachten Trennlinie des Lüfterflügels. Wenn ein Flügelrad kleineren Durchmessers benötigt wird, werden die Lüfterflügel längs des weiteren Strömungselementes so durchtrennt, dass dieses weitere Strömungselement am Außenrand des gekürzten Lüfterflügels liegt. Aufgrund dieser Verfahrensweise wird ein Flügelrad mit kleinerem Durchmesser erzeugt, dessen Lüfterflügel am radial äußeren Rand mit einem Strömungselement versehen sind. Dann weist auch das Flügelrad mit dem geringeren Durchmesser gleiche hervorragende Eigenschaften auf wie das Flügelrad, dessen Lüfterflügel nicht gekürzt sind. Das Flügelrad mit dem kleineren Durchmesser weist somit die gleichen Vorteile hinsichtlich hervorragender Geräuschwerte auf wie das Flügelrad mit großem Durchmesser. Zur Herstellung der Flügelräder mit kleinem Durchmesser ist somit kein gesondertes, teures Werkzeug erforderlich. Das Kürzen der Flügel ist mit keiner Verschlechterung der für den Ventilator wesentlichen Eigenschaften, wie geringer Geräuschentwicklung, verbunden.
Vorteilhaft sind die Strömungselemente der Lüfterflügel ähnlich ausgebildet. Die Flügelräder mit größerem oder kleinerem Durchmesser haben somit auch entsprechend gleiche Eigenschaften aufgrund der ähnlichen Gestaltung der Strömungselemente, die sich jeweils am radial äußeren Rand der Lüfterflügel befinden.
Vorteilhaft verlaufen die Strömungselemente der Lüfterflügel etwa parallel zueinander.
Eine besondere Ausführungsform ergibt sich, wenn die axiale Höhe des einen Strömungselementes, vorzugsweise aller Strömungselemente, im Bereich der Vorderkante und der Hinterkante des Lüfterflügels ein Maximum hat. Auf Grund dieser Gestaltung der Strömungselemente ergibt sich eine hervorragende Geräuschreduzierung beim Einsatz des Flügelrades sowie ein optimaler behinderungsfreier Durchfluss der Luft von der Druck- zur Saugseite, wodurch die Geräuschverringerung begünstigt wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung nimmt das Verhältnis der axialen Höhe wenigstens des einen Strömungselementes, vorzugsweise aller Strömungselemente, zur axialen Dicke des Lüfterflügels im Bereich des Strömungselementes im Bereich von der Vorderkante und/oder der Hinterkante aus ab. Die Höhe des Strömungselementes kann bis auf 0 im Bereich zwischen Vorder- bzw. Hinterkante des Lüfterflügels abnehmen. Eine solche Ausbildung trägt zur Geräuschreduzierung sowie zum optimalen behinderungsfreien Durchfluss der Luft bei.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Strömungselemente zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Lüfterflügels.
Von Vorteil ist es, wenn die Vorderkante des Lüfterflügels über ihre Länge zumindest teilweise konkav und/oder die Hinterkante des Lüfterflügels über ihre Länge zumindest teilweise konvex ausgebildet ist. Auch diese Gestaltung trägt zur Geräuschverringerung des Ventilators im Betrieb bei.
Bei einer einfachen und kostengünstigen Verfahrensweise wird der Lüfterflügel längs des weiteren Strömungselementes durchgesägt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine Draufsicht auf die Saugseite eines Flügelrades,
Fig. 2: eine Seitenansicht des Flügelrades gemäß Fig. 1,
Fig. 3: in vergrößerter Darstellung einen Teil eines Lüfterflügels des Flügelrades,
Fig. 4: in perspektivischer Darstellung den Lüfterflügel gemäß Fig. 3,
Fig. 5: eine andere perspektivische Darstellung des Lüfterflügels gemäß Fig. 3.

Das im Folgenden beschriebene Flügelrad ist für einen Ventilator vorgesehen, der ein Gehäuse mit einem zylindrischen Mantel aufweist, der einen Förderkanal umschließt. Das Flügelrad ist im Förderkanal untergebracht.
Das Flügelrad hat eine Nabe 1, das auf einer Welle drehfest gelagert und in Pfeilrichtung 2 drehbar angetrieben ist.
Von der Nabe 1 stehen Lüfterflügel ab, die sich bis nahe an den Gehäusemantel des Ventilators erstrecken. Die Luft strömt zwischen dem radial äußeren Rand der Lüfterflügel 3 und der innenseite des Gehäusemantels von der Druckseite 4 im Wesentlichen störungsfrei zur Saugseite 5 des Flügelrades (Fig. 5).
Damit beim Betrieb des Ventilators die Geräuschentwicklung in einem für das menschliche Ohr angenehmen Frequenzspektrum liegt, ist es vorteilhaft, wenn die Lüfterflügel 3 über den Umfang der Nabe 1 ungleichmäßig verteilt sind. Das Flügelrad kann selbstverständlich auch so ausgebildet sein, dass die Lüfterflügel 3 gleichmäßig über den Umfang der Nabe 1 verteilt angeordnet sind.
Die Lüfterflügel 3 haben jeweils eine in Drehrichtung 2 vorn liegende Vorderkante 6 sowie eine in Drehrichtung 2 hinten liegende Hinterkante 7. Die Vorderkante 6 ist, in Achsrichtung des Flügelrades gesehen, sichelförmig ausgebildet, d.h. sie hat einen konkaven Verlauf. Die Vorderkante 6 erstreckt sich von der Nabe 1 aus bis zum Außenrand 8, der sich in Umfangsrichtung des Flügelrades erstreckt. Dieser Außenrand 8 hat einen radialen Abstand von der Mantelinnenseite des Ventilatorgehäuses. Dieser Abstand ist so eingestellt, dass die Verlustströmung möglichst gering ist und eine nur geringe Geräuschentwicklung auftritt, wenn die Luft von der Druckseite 4 durch den durch den Abstand gebildeten Strömungsspalt zur Saugseite 5 strömt.
Vorteilhaft liegt der Bereich 9, an dem die Vorderkante 6 den Außenrand 8 schneidet, in Drehrichtung 2 weiter vorn als der Anschlussbereich der Vorderkante 6 an den Mantel der Nabe 1. Wird eine Radiale durch die Achse des Flügelrades und durch den Eckbereich 9 gezogen, dann liegt, in Achsrichtung des Flügelrades gesehen, der Anschlussbereich der Vorderkante 6 an den Nabenmantel in Drehrichtung 2 hinter dieser Radialen. Durch eine solche Ausbildung der Lüfterflügel 3 ergibt sich eine Geräuschverringerung beim Betrieb des Ventilators und eine Verbesserung des Abrissverhaltens.
Die Hinterkante 7 des Lüfterflügels 3 verläuft über mindestens einen Teil ihrer Länge konvex. Der konvexe Verlauf kann von der Nabe 1 bis zum Außenrand 8 des Lüfterflügels 3 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, den konvexen Verlauf nur über eine Teillänge der Hinterkante 7 des Lüfterflügels 3 vorzusehen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hinterkante 7 über ihre Länge mit Zähnen 10 versehen, die sich jeweils in Richtung auf ihr freies Ende verjüngen. Die Zähne 10 können gleiche Umrissform haben. Bevorzugt sind die Zähne 10 so ausgebildet, dass ihre vorteilhaft spitz auslaufenden Enden bis zu einer konvex verlaufenden Hülllinie 11 ragen.
Die Zähne 10 können längs der Hinterkante 7 auch unterschiedliche Umrissformen und/oder unterschiedliche Länge haben. Durch entsprechende Wahl der Gestaltung der Zähne 10 lässt sich die Geräuschentwicklung des Ventilators an den jeweiligen Einsatzfall optimal anpassen.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Lüfterflügel 3 als gewundene Flügel und vorteilhaft gewölbt ausgebildet.
Am Außenrand 8 ist jeder Lüfterflügel 3 mit einem quer abstehenden Strömungselement 12 versehen, das sich vorteilhaft über die gesamte Länge des Außenrandes 8 zwischen der Vorderkante 6 und der Hinterkante 7 erstreckt. Die Strömungselemente 12 erstrecken sich zur Saugseite 5 des Lüfterflügels 3.
Bei einer (nicht dargestellten) Ausführungsform kann sich das Strömungselement 12 sowohl auf die Saugseite 5 als auch auf die Druckseite 4 hin erstrecken. Es ist weiter möglich, dass das Strömungselement 12 lediglich in Richtung auf die Druckseite 4 ragt.
Vorteilhaft sind die Strömungselemente 12 einstückig mit den Lüfterflügeln 3 ausgebildet, können aber auch vom Lüfterflügel 3 getrennte Bauteile sein, die an den Lüfterflügeln 3 in geeigneter Weise befestigt sind.
Wie Fig. 5 zeigt, hat das Strömungselement 12 im Bereich der Vorder- und der Hinterkante 6, 7 jeweils seine größte Höhe h, in Achsrichtung des Lüfterflügels gemessen. Die axiale Höhe h des Strömungselementes 12 nimmt von der Vorderkante 6 bzw. der Hinterkante 7 aus jeweils ab, bis das Strömungselement 12 im Bereich zwischen den beiden Kanten 6, 7 die Höhe 0 oder annähernd 0 hat. Dieser Bereich kann in halber Breite des Lüfterflügels 3 liegen. Der Lüfterflügel 3 selbst hat im Bereich des Strömungselementes 12 eine vorgegebene axiale Dicke d (Fig. 5).
Die axiale Höhe h des Strömungselementes 12 sowie die axiale Dicke d des Lüfterflügels 3 sind so auf einander abgestimmt, dass das Verhältnis h/d von der Vorderkante 6 sowie der Hinterkante 7 aus abnimmt. In dem Bereich, in dem die axiale Höhe h des Strömungselementes 12 nahezu 0 beträgt, ist dieses Verhältnis h/d am geringsten.
Je nach Anwendungsfall kann das Strömungselement 12 auch so gestaltet sein, dass seine minimale axiale Höhe h nicht in halber Breite des Lüfterflügels 3 liegt. Wesentlich ist, dass das Verhältnis h/d von der Vorderkante 6 bzw. der Hinterkante 7 aus abnimmt. Durch eine solche Gestaltung des Lüfterflügels 3 mit Strömungselement 12 ergibt sich eine hervorragende Geräuschreduzierung beim Einsatz im Ventilator. Die Lüfterflügel 3 haben eine Flugzeugtragflächen-Profilform. Im Bereich der Vorderkante 6 ist der Lüfterflügels 3 abgerundet, während er im Bereich der Hinterkante 7 etwa spitz ausläuft. Im Bereich zwischen den beiden Kanten 6, 7 kann der Lüfterflügel 3 auch etwa konstante Querschnittsdicke haben. Das Strömungselement 12 ist so ausgebildet, dass seine axiale Erstreckung h von der Vorderkante 6 des Lüfterflügels 3 ausgehend über einen sehr kurzen Bereich stark zunimmt, bis das Strömungselement 12 mit geringem Abstand von der Vorderkante 6 seine größte axiale Höhe h aufweist. Ähnlich nimmt die axiale Höhe h des Strömungselementes 12 von der Hinterkante 7 aus über einen sehr kurzen Bereich sehr stark zu, bis das Strömungselement 12 mit geringem Abstand von der Hinterkante 7 in diesem Bereich seine größte axiale Höhe h aufweist, die in Richtung auf die Mitte des Lüfterflügels 3 abnimmt (Fig. 5). Aufgrund dieser Ausbildung hat das Strömungselement 12 einen völlig anderen Verlauf als der Lüfterflügel 3 im Bereich des Strömungselementes 12.
Die Lüfterflügel 3 sind mit radialem Abstand zum Strömungselement 12 mit einem weiteren Strömungselement 12' versehen, das vorzugsweise gleich ausgebildet ist wie das Strömungselement 12 am Außenrand 8 des Lüfterflügels 3. Das zusätzliche Strömungselement 12' erstreckt sich vorteilhaft zwischen der Vorderkante 6 und der Hinterkante 7 und ist wie das Strömungselement 12 auf der Saugseite 5 des Lüfterflügels 3 vorgesehen. Das Strömungselement 12' kann sich ebenfalls sowohl auf die Saugseite 5 als auch auf die Druckseite 4 erstrecken. Ebenfalls ist es möglich, dass das Strömungselement 12' lediglich in Richtung auf die Druckseite 4 ragt. Von Vorteil ist es, wenn die beiden Strömungselemente 12, 12' jeweils gleich in Bezug auf den Lüfterflügel 3 angeordnet sind.
Das zusätzliche Strömungselement 12' ermöglicht es, die Lüfterflügel 3 auf einen zweiten Laufraddurchmesser abzustimmen. Hierzu werden die Lüfterflügel 3 längs des Strömungselementes 12' abgetrennt, so dass das Strömungselement 12' sich nunmehr am Außenrand 8' des kürzeren Lüfterflügels 3 befindet. Die Lüfterflügel 3 werden längs des Strömungselementes 12' abgesägt. Durch den Sägevorgang entsteht kein Nachteil bezüglich einer Geräuschentwicklung. Es ist selbstverständlich möglich, den gesägten Bereich des Lüfterflügels 3 zu entgraten oder auf sonstige Weise nachzuarbeiten.
Es ist somit nicht mehr erforderlich, für die unterschiedlich langen Lüfterflügel 3 jeweils ein Werkzeug vorzusehen. Es reicht ein Werkzeug aus, mit dem der Lüfterflügel 3 mit den Strömungselemente 12 und 12' hergestellt werden kann. Wird der kürzere Lüfterflügel 3 benötigt, wird er in der beschriebenen Weise längs des Strömungselementes 12' abgetrennt. Der entstehende Lüfterflügel 3 weist dann an seinem Außenrand 8' das Strömungselement 12' auf, das somit die gleichen Wirkungen hat wie das Strömungselement 12 beim längeren Lüfterflügel 3. Die anhand des Strömungselementes 12 beschriebenen Vorteile treten auch beim abgesägten Lüfterflügel 3 mit dem Strömungselement 12' auf.
Aufgrund der beschriebenen Gestaltung der Lüfterflügel 3 werden erhebliche Kosten für die Werkzeuge eingespart. Das Strömungselement 12' ist vorteilhaft einstückig mit dem Lüfterflügel 3 ausgebildet. Es kann aber auch ein vom Lüfterflügel 3 getrenntes Bauteil sein, das am Lüfterflügel in geeigneter Weise befestigt wird.
Die Form des Strömungselementes 12' entspricht der Form des Strömungselementes 12, was anhand von Fig. 5 näher erläutert wird.
Das Strömungselement 12' hat im Bereich der Vorder- und der Hinterkante 6, 7 des Lüfterflügels 3 jeweils seine größte Höhe h', in Achsrichtung des Lüfterflügels 3 gemessen. Die axiale Höhe h' des Strömungselementes 12' nimmt im Bereich von der Vorder- und Hinterkante 6, 7 aus jeweils ab, bis das Strömungselement 12' zwischen den beiden Kanten 6, 7 die Höhe 0 oder annähernd 0 hat. Dieser Bereich kann in halber Breite des Lüfterflügels 3 liegen. Im Bereich des Strömungselementes 12' hat der Lüfterflügel 3 die axiale Dicke d'. Im übrigen radial nach innen anschließenden Bereich kann der Lüfterflügel 3 unterschiedliche axiale Dicke haben.
Wie auch beim Strömungselement 12 sind beim Strömungselement 12' die axiale Höhe h' und die axiale Dicke d' so aufeinander abgestimmt, dass das Verhältnis h'/d' von der Vorderkante 6 sowie der Hinterkante 7 aus abnimmt. In dem Bereich, in dem die axiale Höhe h' nahezu 0 beträgt ist das Verhältnis h'/d' am geringsten.
Je nach Anwendungsfall kann das Strömungselement 12' so ausgebildet sein, das seine minimale axiale Höhe h' nicht in halber Breite des Lüfterflügels 3 liegt. Wesentlich ist auch beim Strömungselement 12', dass das Verhältnis h'/d' von der Vorderkante 6 bzw. der Hinterkante 7' abnimmt. Durch eine solche Gestaltung ergibt sich eine hervorragende Geräuschreduzierung beim Einsatz des Ventilators mit den gekürzten Lüfterflügeln 3.
Vorteilhaft ist der Lüfterflügel 3 auch im Bereich des Strömungselementes 12' mit einer Flugzeugtragflächen-Profilform versehen, bei der der Lüfterflügel 3 im Bereich der Vorderkante 6 abgerundet ist, während er im Bereich der Hinterkante etwa spitz ausläuft. Im Bereich zwischen den beiden Kanten 6, 7 kann der Lüfterflügel 3 auch etwa konstante Querschnittsdicke haben.
Das Strömungselement 12' ist ebenfalls so ausgebildet, dass seine axiale Erstreckung von der Vorderkante 6 ausgehend über einen sehr kurzen Bereich sehr stark zunimmt, bis das Strömungselement 12' mit geringem Abstand von der Vorderkante 6 seine größte axiale Höhe h' aufweist. Ähnlich nimmt die axiale Höhe h' des Strömungselementes 12' von der Hinterkante 7 aus über einen sehr kurzen Bereich sehr stark zu, bis das Strömungselement 12' mit geringem Abstand von der Hinterkante 7 seine größte axiale Höhe h' aufweist. Sie nimmt dann in Richtung auf die Mitte des Lüfterflügels 3 ab. Aufgrund dieser Gestaltung hat das Strömungselement 12' einen völlig anderen Verlauf als der Lüfterflügel 3 im Bereich des Strömungselementes 12'.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strömungselement 12' so vorgesehen, dass es im Bereich der Hinterkante 7 im Bereich zwischen benachbarten Zähnen 10 an die Hinterkante 7 anschließt.
Die Lüfterflügel 3 können mit wenigstens einem weiteren Strömungselement versehen sein. Dann besteht die Möglichkeit, dass die Lüfterflügel durch Absägen an den entsprechenden Strömungselementen in unterschiedlichen Längen hergestellt werden können. Für diese unterschiedlichen Längen der Lüfterflügel ist wiederum nur ein einziges Werkzeug erforderlich, so dass erhebliche Werkzeugeinsparungen möglich sind.
Wird das Flügelrad mit den langen Lüfterflügeln 3 verwendet, dann sorgen die weiteren Strömungselemente für ein hervorragendes Laufverhalten und für eine nur sehr geringe Geräuschentwicklung.
Die Strömungselemente 12, 12' versteifen die ungekürzten Lüfterflügel 3. Sie können mit zusätzlichen Versteifungselementen 13 versehen sein (Fig. 1 und 5), die beispielsweise sickenförmig ausgebildet sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lüfterrades, das um eine Achse drehbar gelagert ist und eine Nabe (1) aufweist, an der Lüfterflügel (3) angeordnet sind, die am radial äußeren Rand (8) mit wenigstens einem quer abstehenden Strömungselement (12) und mit radialem Abstand von ihm mit wenigstens einem weiteren, quer abstehenden Strömungselement (12') versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Strömungselement /12') auf einen zum Ablängen der Lüfterflügel (3) geeigneten Durchmesser liegt, und dass die Lüfterflügel (3) längs des weiteren Strömungselementes (12') so durchtrennt werden, dass das weitere Strömungselement (12') am Außenrand (8') des gekürzten Lüfterflügels (3) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfterflügel (3) längs des weiteren Strömungselementes (12') durchgesägt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der gesägte Bereich des Lüfterflügels (3) entgratet wird.