EP3034886A1 - Schaufel und lüfterlaufrad damit - Google Patents

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EP3034886A1
EP3034886A1 EP15194719.9A EP15194719A EP3034886A1 EP 3034886 A1 EP3034886 A1 EP 3034886A1 EP 15194719 A EP15194719 A EP 15194719A EP 3034886 A1 EP3034886 A1 EP 3034886A1
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EP
European Patent Office
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blade
rib
hub
ribs
fan impeller
Prior art date
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Ceased
Application number
EP15194719.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Gebert
Thorsten Pissarczyk
Oliver Haaf
Erhard Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
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    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/185—Two-dimensional patterned serpentine-like

Definitions

  • the invention relates to a blade for a fan impeller.
  • the invention relates to the geometric configuration of the blade in its end, directed towards a hub area.
  • the invention relates to a fan impeller.
  • the axis of rotation of the impeller runs parallel or axially to the air flow.
  • centrifugal fans the axis of rotation of the impeller runs radially to the outlet-side air flow.
  • An impeller with vanes rotates about a hub, thereby promoting a gaseous medium.
  • Heavy loads occur which can damage the blades.
  • the object of the invention is to provide a blade for a fan impeller having optimized properties in terms of strength requirements, material usage and manufacturability under at least maintain flow characteristics without technical losses in terms of noise and efficiency.
  • a further object of the invention is to provide a fan impeller having optimized properties in terms of strength requirements, material usage and manufacturability under at least maintained flow characteristics without technical losses in terms of noise and efficiency.
  • a blade for a fan impeller according to the invention has an end region directed towards a hub, wherein the blade has at least one rib in the end region directed toward the hub, wherein the rib has an outer contour that simulates an airfoil.
  • airfoil designates the shape of the blade cross-section, by its specific shape of a support surface and the flow around it through a gas on the Body-attacking forces arise. This may be, for example, a plano-convex profile with a convex first blade side and a planar second blade side, or else a concave-convex profile with a convex first blade side and a concave second blade side.
  • the blade cross-section forms an outer contour, wherein the envelope forms the boundary of the outer contour in the region of the ribs. Furthermore, the blade according to the invention is characterized in that the rib bottom at the starting point of the rib in the end, directed towards the hub region in the axial direction is higher than the opposite rib bottom at the end point of the rib. As a result, the rib bottom at the end point of the rib in the flow direction is lower than the rib bottom at the starting point of the rib in the end side directed toward the hub.
  • any water impinging on a blade of a stationary fan impeller can flow off, in particular in the case of an arrangement of the fan impeller with a substantially vertical position of the rotation axis, whereby no freezing and thus no imbalance and / or icing damage can occur even at ambient temperatures below freezing.
  • the invention is based on the surprising finding that the ribs have no negative effect on the flow on the blades when the outer contour of the ribs simulate a flow profile, although the turbulence level is increased by the ribs and the overflowed blade profile is interrupted. This effect remains even if the overflowed blade profile is interrupted several times by several ribs on a blade. Nevertheless, the ribs reinforce.
  • the blade of the invention has optimized strength properties under at least maintained flow properties without technical losses in terms of noise and efficiency, the wall thickness of the blade was not increased and thereby also have no negative impact on the use of materials and manufacturability.
  • the ratio of the maximum wall thickness of the blade to the maximum profile thickness of Blade between 0.1 to 0.9, with a ratio of 0.2 to 0.6 is particularly preferred.
  • the ratio of the thickness of the rib to the wall thickness of the blade in the range of 0.1 to 2, particularly preferably in the range of 0.5 to 1.5, is located.
  • the angle of the rib at the shoulder to the hub to the radial direction between - 80 ° and + 80 °, more preferably between - 45 ° and + 45 °.
  • the further course of the rib can be designed in a straight line. Alternatively, however, it can also be configured in a counterclockwise direction to the left of the radial direction or curved in a clockwise direction to the right of the radial direction.
  • the rib has an end geometry in the region of the outer contour, wherein the final geometry of the rib forms a sawtooth profile, wherein the final geometry of the rib forms an angle in the range of -45 ° to + 45 °, particularly preferably of 30 ° to + 30 ° to the outer contour forms.
  • the blade has at least two ribs in the end-side region facing the hub, wherein the ratio of the gap between two ribs to the thickness of a rib is in the range of 0.2 to 5, preferably in the range of 0.5 to 1.5.
  • all the ribs of a blade can have the same thickness, as well as the gaps between several or all ribs of a blade can have the same degree.
  • the dimensions of the individual ribs and gaps may also differ from each other.
  • An inventive fan impeller has at least one blade according to the invention.
  • the fan impeller may be an axial fan impeller, a radial fan impeller or an impeller of another fan design.
  • the term fan is not restrictive to understand, but includes fans, blowers, or even, for example, rotors and propellers, so that the Invention also extends to blades and fan wheels of all conceivable applications.
  • Fig. 1 shows a fan impeller 100 according to the prior art.
  • a hub 110 To a hub 110 four fan blades 120 are mounted. Each fan blade 120 has in the region of its connection to the hub 110, a rib 121, which also at the Hub 110 is formed and is placed on the Lüfterradschaufel 120. Via the rib 121, the forces that arise due to centrifugal forces on the fan blade 120 are not only derived via the connection of the fan blade 120, but also via the rib 121 into the hub 110.
  • Fig. 2 shows the same fan impeller 100 Fig. 1 in a partial section.
  • a fan blade 120 is cut in the region of its connection to the hub 110.
  • the airfoil of the fan blade 120 has a convexly curved first blade side 125 and a planar second blade side 126.
  • a rib 121 is provided on the first blade side 125, while two ribs 121 are located on the second blade side 126.
  • the ribs 121 are placed on the blade sides 125, 126 and thereby interrupt the flow profile, which leads to a poorer fluidic efficiency and increased noise emission in the operation of the Axiallsorterlaufrads.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a Lüfterradschaufel 120 of an axial fan impeller 100 according to the invention in section.
  • the outer contour A has a convex-shaped first blade side 125 and a slightly concave-shaped second blade side 126.
  • the flow profile of the Lüfterradschaufel 120 is concave-convex.
  • On the second blade side 126 there are seven ribs 121 with gaps 122 arranged between the ribs 121.
  • the maximum wall thickness t_w and the maximum profile thickness t_max of the fan blade 120 are plotted, wherein the ratio of t_w to t_max is approximately 0.5.
  • the thickness b of a rib 121 is shown, wherein the ratio of b to t_w is about 0.63.
  • Fig. 3 also the width s of the gap 122 between two ribs 121 registered.
  • the ratio of s to b here is about 1.25.
  • the ribs 121 form an outer contour A, which simulates an airfoil.
  • Fig. 4 shows a second embodiment of a Lüfterradschaufel 120 of an axial fan impeller 100 according to the invention in section.
  • the outer contour A has a convex-shaped first blade side 125 and a slightly concave-shaped second blade side 126.
  • On the second blade side 126 are three ribs 121 with between the Furthermore, the first blade side 125 also has three ribs 121 with gaps 122 arranged between the ribs 121.
  • the maximum wall thickness t_w and the maximum profile thickness t_max of the fan blade 120 is plotted, the ratio of t_w to t_max being approximately 0.4.
  • the thickness b of a rib 121 is shown, wherein the ratio of b to t_w is about 1.5.
  • Fig. 4 also the width s of the gap 122 between two ribs 121 registered.
  • the ratio of s to b here is about 0.5.
  • Fig. 5 shows a third embodiment of a fan blade of an axial fan impeller 100 according to the invention in section.
  • the outer contour A has a convex-shaped first blade side 125 and a slightly concave-shaped second blade side 126.
  • On the second blade side 126 are as in the first embodiment of the Fig. 3 seven ribs 121 with gaps 122 arranged between the ribs 121.
  • the ribs 121 have first rib flanks 127 and second rib flanks 128 and an end geometry 123 on the rib heads.
  • the final geometries 123 form a sawtooth profile, wherein the end geometries 123 of the ribs 121 form an angle ⁇ of about 30 ° to the outer contour A, that is, here to the tangent to the surface contour of the second blade side 126.
  • the ribs 121 form in this embodiment, an outer contour A, which simulates an airfoil. With such a sawtooth profile, the flow dissolving at the rib end does not flow over a protruding edge of the rib 121, which contributes to the increase in efficiency and noise minimization.
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment of a fan blade of a Axiallshareerlaufrads invention in section.
  • the outer contour A has a convex-shaped first blade side 125 and a slightly concave-shaped second blade side 126.
  • On the second blade side 126 are as in the first embodiment of the Fig. 3 or in the third embodiment of the Fig. 5 seven ribs 121 with gaps 122 arranged between the ribs 121.
  • the ribs 121 have a first rib flank 127 and a second rib flank 128, wherein the Rib edges 127, 128 meet the rib head and form a sawtooth profile.
  • the ratio of the wall thickness t_w of the fan blade 120 to the maximum profile thickness t_max is the first rib flanks an angle ⁇ of about 30 ° to the outer contour A, that is here to the tangent to the surface contour of the second blade side 126 Fan blade 120 with about 0.5 in the most preferred range of 0.2 to 0.6.
  • the ratio of the thickness b of a rib 121 to the wall thickness t_w of the fan blade 120 in this embodiment is about 0.8 in the most preferred range of 0.5 to 1.5.
  • the ribs 121 form in this embodiment, an outer contour A, which simulates an airfoil. Also in this sawtooth profile, the flowing at the rib end flow does not flow over a protruding edge of the rib 121, which contributes to the increase in efficiency and noise minimization.
  • Fig. 7 shows a fifth embodiment of a fan blade of a Axiallshareerlaufrads invention in section.
  • the fan blade consists of a wave-shaped profile, wherein the waveform forms an outer contour A in the form of an envelope, wherein the outer contour again forms a flow cross-section.
  • the waves of the profile can be interpreted as ribs 121 and gaps 122 lying between the lips, wherein the specified geometric relationships are also observed in this embodiment.
  • FIG. 1 shows a partial plan view of an axial fan impeller 100 according to the invention. Only one fan blade 120 is shown, wherein a plurality of fan blades 120, for example four fan blades 120, may be located on the hub 110.
  • nine ribs 121 can be seen on the Lüfterradschaufel 122, wherein there are ten gaps 122 between the ribs 121.
  • the ribs 121 form an angle ⁇ to the radial direction r at the base of the fan blade 120 to the hub 110 of approximately 45 °.
  • the ribs 121 extend farther away from the hub 110 counterclockwise curved away from the radial direction.
  • the rib bottom P1 at the starting point of the rib 121 at the connection of the Lüfterradschaufel 120 to the hub 110 is arranged higher in the axial direction of the Axialltypicalerlaufs 120 than the opposite ribbed bottom P2 at the end of the rib 121.
  • the ribbed bottom P1 at the end point of the rib 121 in the flow direction is lower than the ribbed bottom P2 at the starting point of the rib 121 at the connection of the fan blade 120 to the hub 110.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für ein Lüfterlaufrad. Insbesondere betrifft die Erfindung die geometrische Ausgestaltung der Schaufel in ihrem endseitigen, zu einer Nabe hin gerichteten Bereich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lüfterlaufrad. Eine erfindungsgemäße Schaufel für ein Lüfterlaufrad weist einen endseitigen, zu einer Nabe hin gerichteten Bereich auf, wobei die Schaufel in dem endseitigen, zur Nabe hin gerichteten Bereich mindestens eine Rippe aufweist, wobei die Rippe eine Außenkontur aufweist, die ein Strömungsprofil nachbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaufel für ein Lüfterlaufrad. Insbesondere betrifft die Erfindung die geometrische Ausgestaltung der Schaufel in ihrem endseitigen, zu einer Nabe hin gerichteten Bereich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lüfterlaufrad.
  • Bei Axiallüftern verläuft die Drehachse des Laufrads parallel beziehungsweise axial zum Luftstrom. Bei Radiallüftern verläuft die Drehachse des Laufrads radial zum austrittsseitigen Luftstrom. Ein Laufrad mit Schaufeln rotiert um eine Nabe, wodurch ein gasförmiges Medium gefördert wird. Insbesondere bei der Fertigung und, oder Montage der Lüfterrad-Baueinheit in ein Gerät o.ä. treten starke Belastungen auf, welche die Schaufeln schädigen können. Auch im Betrieb des Lüfterlaufrads entstehen durch die Umströmung der Lüfterradschaufeln mit dem gasförmigen Medium Kräfte, die über die Lüfterradnabe in eine Welle, auf der die Lüfterradnabe befestigt ist, abgeleitet werden müssen, wobei die Lüfterlaufradbelastungen durch Fliehkräfte problematisch sind.
  • Im Stand der Technik sind zur Lösung dieses Problems Lösungen bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, die Wandstärke der Schaufeln im Anbindungsbereich der Schaufeln an die Nabe zu erhöhen. Dadurch wird allerdings die Masse des Lüfterrads erhöht, was zu höheren Fertigungskosten durch den höheren Materialverbrauch führt. Lüfterräder sind üblicherweise aus Kunststoff gefertigt, wobei eine höhere Wandstärke die Zykluszeit für die Fertigung des Laufrads erhöht, da beispielsweise die Wandstärke beim Thermoplastspritzguss quadratisch in die Kühlzeit eingeht.
  • Eine andere bekannte Möglichkeit zur Versteifung der Schaufeln in diesem Bereich ist das Vorsehen von einer Sicke im Querschnitt der Schaufel. Dies kann auch zusätzlich zur Erhöhung der Wandstärke vorgesehen werden. Weiterhin schlägt beispielsweise das US-Patent 5,066,196 vor, mindestens eine Verstärkungsrippe im Anbindungsbereich der Schaufel an die Nabe auf der Schaufel vorzusehen. Ebenso schlägt die US-Offenlegungsschrift US 2004 / 0 013 526 A1 das Vorsehen mindestens zweier Rippen in dem entsprechenden Bereich einer Schaufel eines Lüfterrads vor.
  • Diese Verstärkungsmöglichkeiten haben allerdings negative Auswirkungen auf die Strömung. Effizienz und Betriebsgeräusch werden ungünstig beeinflusst durch Ablösung der Strömung im Nabenbereich. Daneben kann Flüssigkeit bei vertikaler Lage der Drehachse insbesondere bei Stillstand des Axiallüfterlaufrads nicht vollständig ablaufen. Wasseransammlungen auf den Schaufeln von Lüfterrädern führen insbesondere im Winter zu Unwuchten und Vereisungsschäden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaufel für ein Lüfterlaufrad anzugeben, das optimierte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeitsanforderungen, Materialeinsatz und Fertigbarkeit unter zumindest beizubehaltender Strömungseigenschaften ohne technische Einbußen hinsichtlich Geräusch und Effizienz aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaufel für ein Lüfterlaufrad mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Schaufel ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lüfterlaufrad anzugeben, das optimierte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeitsanforderungen, Materialeinsatz und Fertigbarkeit unter zumindest beizubehaltender Strömungseigenschaften ohne technische Einbußen hinsichtlich Geräusch und Effizienz aufweist.
  • Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lüfterlaufrad mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Lüfterlaufrads ergeben sich aus den Unteransprüchen 16 und 17.
  • Eine erfindungsgemäße Schaufel für ein Lüfterlaufrad weist einen endseitigen, zu einer Nabe hin gerichteten Bereich auf, wobei die Schaufel in dem endseitigen, zur Nabe hin gerichteten Bereich mindestens eine Rippe aufweist, wobei die Rippe eine Außenkontur aufweist, die ein Strömungsprofil nachbildet. Dabei ist mit dem Begriff Strömungsprofil die Form des Schaufelquerschnitts bezeichnet, durch dessen spezifische Form einer Tragfläche und die Umströmung durch ein Gas an dem Körper angreifende Kräfte entstehen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein plankonvexes Profil mit einer konvexen ersten Schaufelseite und einer planen zweiten Schaufelseite oder auch um ein konkav-konvexes Profil mit einer konvexen ersten Schaufelseite und einer konkaven zweiten Schaufelseite handeln. Der Schaufelquerschnitt bildet dabei eine Außenkontur aus, wobei im Bereich der Rippen die Hüllkurve die Begrenzung der Außenkontur bildet. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schaufel dadurch gekennzeichnet, dass der Rippengrund am Startpunkt der Rippe in dem endseitigen, zur Nabe hin gerichteten Bereich in axialer Richtung höher angeordnet ist als der gegenüberliegende Rippengrund am Endpunkt der Rippe. Dadurch liegt der Rippengrund am Endpunkt der Rippe in Fließrichtung niedriger als der Rippengrund am Startpunkt der Rippe in dem endseitigen, zur Nabe hin gerichteten Bereich. So kann eventuell auf eine Schaufel eines stillstehenden Lüfterlaufrads auftreffendes Wasser insbesondere bei einer Anordnung des Lüfterlaufrads mit einer im Wesentlichen vertikalen Lage der Rotationsachse abfließen, wodurch auch bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt keine Vereisungen und dadurch keine Unwuchten und/oder Vereisungsschäden auftreten können.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass die Rippen keine negativen Auswirkungen auf die Strömung an den Schaufeln haben, wenn die Außenkontur der Rippen ein Strömungsprofil nachbilden, obwohl sich das Turbulenzniveau durch die Rippen erhöht und das überströmte Schaufelprofil unterbrochen ist. Dieser Effekt bleibt sogar bestehen, wenn das überströmte Schaufelprofil durch mehrere Rippen auf einer Schaufel mehrfach unterbrochen ist. Trotzdem wirken die Rippen verstärkend. Damit weist die erfindungsgemäße Schaufel optimierte Festigkeitseigenschaften unter zumindest beibehaltener Strömungseigenschaften ohne technische Einbußen hinsichtlich Geräusch und Effizienz auf, wobei die Wandstärke der Schaufel nicht vergrößert wurde und sich dadurch auch keine negativen Auswirkungen auf den Materialeinsatz und die Fertigbarkeit ergeben.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaufel beträgt das Verhältnis der maximalen Wandstärke der Schaufel zur maximalen Profildicke der Schaufel zwischen 0,1 bis 0,9, wobei ein Verhältnis von 0,2 bis 0,6 besonders bevorzugt ist.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Dicke der Rippe zur Wandstärke der Schaufel im Bereich von 0,1 bis 2, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1,5, liegt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaufel beträgt der Winkel der Rippe am Ansatz zur Nabe zur radialen Richtung zwischen - 80° und + 80°, besonders bevorzugt zwischen - 45° und + 45°.
  • Der weitere Verlauf der Rippe kann geradlinig ausgestaltet sein. Alternativ kann er aber auch im Gegenuhrzeigersinn nach links von der radialen Richtung gekrümmt oder im Uhrzeigersinn nach rechts von der radialen Richtung gekrümmt ausgestaltet sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaufel weist die Rippe eine Endgeometrie im Bereich der Außenkontur auf, wobei die Endgeometrie der Rippe ein Sägezahnprofil ausbildet, wobei die Endgeometrie der Rippe einen Winkel im Bereich von - 45° bis + 45°, besonders bevorzugt von - 30° bis + 30° zur Außenkontur bildet. Bei einem solchen Sägezahnprofil strömt die sich am Rippenende lösende Strömung nicht über eine vorstehende Kante der Rippe.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schaufel in dem endseitigen, zur Nabe hin gerichteten Bereich mindestens zwei Rippen aufweist, wobei das Verhältnis der Lücke zwischen zwei Rippen zur Dicke einer Rippe im Bereich von 0,2 bis 5, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt. Dabei können sowohl alle Rippen einer Schaufel die gleiche Dicke aufweisen, wie auch die Lücken zwischen mehreren oder allen Rippen einer Schaufel das gleiche Maß aufweisen können. Die Maße der einzelnen Rippen und Lücken können aber auch voneinander abweichen.
  • Ein erfindungsgemäßes Lüfterlaufrad weist mindestens eine erfindungsgemäße Schaufel auf. Dabei kann das Lüfterlaufrad ein Axiallüfterlaufrad, ein Radiallüfterlaufrad oder ein Laufrad einer anderen Lüfterbauform sein. Dabei ist der Begriff Lüfter nicht einschränkend zu verstehen, sondern umfasst Ventilatoren, Gebläse, oder aber auch beispielsweise Rotoren und Propeller, so dass sich die Erfindung auch auf Schaufeln und Lüfterlaufräder aller denkbaren Anwendungsbereiche erstreckt.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen. Dabei handelt es sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen um die Schaufel eines Axiallüfterlaufrads, was aber nicht einschränkend verstanden werden darf. Die Darstellungen können auch auf Radiallüfterlaufräder oder andere Bauformen von Lüfterlaufrädern übertragen werden.
  • Von den Abbildungen zeigt:
    • Fig. 1
    ein Axiallüfterlaufrad gemäß Stand der Technik in einer Draufsicht
    Fig. 2
    das Axiallüfterlaufrad gemäß dem Stand Technik in einer Schnittdarstellung
    Fig. 3
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads in einer Schnittdarstellung
    Fig. 4
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads in einer Schnittdarstellung
    Fig. 5
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads in einer Schnittdarstellung
    Fig. 6
    ein viertes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads in einer Schnittdarstellung
    Fig. 7
    ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads in einer Schnittdarstellung
    Fig. 8
    Teildraufsicht eines erfindergemäßen Axiallüfterlaufrads
  • Fig. 1 zeigt ein Lüfterlaufrad 100 gemäß dem Stand der Technik. An einer Nabe 110 sind vier Lüfterradschaufeln 120 angebracht. Jede Lüfterradschaufel 120 weist im Bereich ihrer Anbindung an die Nabe 110 eine Rippe 121 auf, die ebenfalls an der Nabe 110 angeformt ist und auf die Lüfterradschaufel 120 aufgesetzt ist. Über die Rippe 121 werden die Kräfte, die durch Fliehkräfte an der Lüfterradschaufel 120 entstehen, nicht nur über die Anbindung der Lüfterradschaufel 120, sondern zusätzlich auch über die Rippe 121 in die Nabe 110 abgeleitet.
  • Fig. 2 zeigt das gleiche Lüfterlaufrad 100 aus Fig. 1 in einem Teilschnitt. Dabei ist eine Lüfterradschaufel 120 im Bereich ihrer Anbindung an die Nabe 110 geschnitten. Das Strömungsprofil der Lüfterradschaufel 120 weist eine konvex gewölbte erste Schaufelseite 125 und eine plane zweiten Schaufelseite 126 auf. Auf der ersten Schaufelseite 125 ist dabei eine Rippe 121 vorgesehen, während sich auf der zweiten Schaufelseite 126 zwei Rippen 121 befinden. Die Rippen 121 sind auf die Schaufelseiten 125, 126 aufgesetzt und unterbrechen dadurch das Strömungsprofil, was zu einem schlechteren strömungstechnischen Wirkungsgrad und erhöhter Geräuschemission im Betrieb des Axiallüfterlaufrads führt.
  • Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel 120 eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads 100 im Schnitt. Die Außenkontur A weist eine konvex geformte erste Schaufelseite 125 und eine leicht konkav geformte zweite Schaufelseite 126 auf. Mit anderen Worten ist das Strömungsprofil der Lüfterradschaufel 120 konkav-konvex ausgeformt. Auf der zweiten Schaufelseite 126 befinden sich sieben Rippen 121 mit zwischen den Rippen 121 angeordneten Lücken 122. Weiterhin ist die maximale Wandstärke t_w sowie die maximale Profildicke t_max der Lüfterradschaufel 120 eingezeichnet, wobei das Verhältnis von t_w zu t_max ca. 0,5 beträgt. Weiterhin ist die Dicke b einer Rippe 121 eingezeichnet, wobei das Verhältnis von b zu t_w ca. 0,63 beträgt. Daneben ist in Fig. 3 auch die Breite s der Lücke 122 zwischen zwei Rippen 121 eingetragen. Das Verhältnis von s zu b beträgt hier ca. 1,25. Mit den angegebenen Geometrieverhältnissen bilden die Rippen 121 eine Außenkontur A, die ein Strömungsprofil nachbildet.
  • Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel 120 eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads 100 im Schnitt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Außenkontur A eine konvex geformte erste Schaufelseite 125 und eine leicht konkav geformte zweite Schaufelseite 126 auf. Auf der zweiten Schaufelseite 126 befinden sich drei Rippen 121 mit zwischen den Rippen 121 angeordneten Lücken 122. Weiterhin weist die erste Schaufelseite 125 ebenfalls drei Rippen 121 mit zwischen den Rippen 121 angeordneten Lücken 122 auf. Auch in Fig. 4 ist die maximale Wandstärke t_w sowie die maximale Profildicke t_max der Lüfterradschaufel 120 eingezeichnet, wobei das Verhältnis der t_w zu t_max ca. 0,4 beträgt. Weiterhin ist die Dicke b einer Rippe 121 eingezeichnet, wobei das Verhältnis von b zu t_w ca. 1,5 beträgt. Daneben ist in Fig. 4 auch die Breite s der Lücke 122 zwischen zwei Rippen 121 eingetragen. Das Verhältnis von s zu b beträgt hier ca. 0,5. Auch mit diesen angegebenen Geometrieverhältnissen bilden die Rippen 121 eine Außenkontur A, die ein Strömungsprofil nachbildet.
  • Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads 100 im Schnitt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Außenkontur A eine konvex geformte erste Schaufelseite 125 und eine leicht konkav geformte zweite Schaufelseite 126 auf. Auf der zweiten Schaufelseite 126 befinden sich wie im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sieben Rippen 121 mit zwischen den Rippen 121 angeordneten Lücken 122. Die Rippen 121 weisen erste Rippenflanken 127 und zweite Rippenflanken 128 sowie an den Rippenköpfen eine Endgeometrie 123 auf. Die Endgeometrien 123 bilden ein Sägezahnprofil aus, wobei die Endgeometrien 123 der Rippen 121 einen Winkel α von ca. 30° zur Außenkontur A, das heißt hier zur Tangente an die Oberflächenkontur der zweiten Schaufelseite 126, bilden. Die Rippen 121 bilden auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Außenkontur A, die ein Strömungsprofil nachbildet. Bei einem solchen Sägezahnprofil strömt die sich am Rippenende lösend Strömung nicht über eine vorstehende Kante der Rippe 121, was zur Effizienzsteigerung und Betriebsgeräuschminimierung beiträgt.
  • Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads im Schnitt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Außenkontur A eine konvex geformte erste Schaufelseite 125 und eine leicht konkav geformte zweite Schaufelseite 126 auf. Auf der zweiten Schaufelseite 126 befinden sich wie im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 beziehungsweise im dritten Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sieben Rippen 121 mit zwischen den Rippen 121 angeordneten Lücken 122. Die Rippen 121 weisen eine erste Rippenflanke 127 und eine zweite Rippenflanke 128 auf, wobei sich die Rippenflanken 127, 128 am Rippenkopf treffen und ein Sägezahnprofil ausbilden. Dabei bilden die ersten Rippenflanken einen Winkel α von ca. 30° zur Außenkontur A, das heißt hier zur Tangente an die Oberflächenkontur der zweiten Schaufelseite 126. Auch in diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Verhältnis der Wandstärke t_w der Lüfterradschaufel 120 zu der maximalen Profildicke t_max der Lüfterradschaufel 120 mit ca. 0,5 im besonders bevorzugten Bereich von 0,2 bis 0,6. Auch das Verhältnis der Dicke b einer Rippe 121 zur Wandstärke t_w der Lüfterradschaufel 120 befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel mit ca. 0,8 im besonders bevorzugten Bereich von 0,5 bis 1,5. Daneben befindet sich auch das Verhältnis der Breite s der Lücke 122 zwischen zwei Rippen 121 zur Dicke b einer Rippe 121 mit ca. 1,0 im besonders bevorzugten Bereich von 0,5 bis 1,5. Die Rippen 121 bilden auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Außenkontur A, die ein Strömungsprofil nachbildet. Auch bei diesem Sägezahnprofil strömt die sich am Rippenende lösende Strömung nicht über eine vorstehende Kante der Rippe 121, was zur Effizienzsteigerung und Betriebsgeräuschminimierung beiträgt.
  • Fig. 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Lüfterradschaufel eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads im Schnitt. Die Lüfterradschaufel besteht aus einem in Wellenform ausgeführten Profil, wobei die Wellenform eine Außenkontur A in Form einer Hüllkurve bildet, wobei die Außenkontur erneut einen Strömungsquerschnitt ausbildet. Dabei können die Wellen des Profils als Rippen 121 und zwischen den Lippen liegenden Lücken 122 interpretiert werden, wobei die angegebenen Geometrieverhältnisse auch in dieser Ausführungsform eingehalten werden.
  • Fig. 8 zeigt schließlich eine Teildraufsicht eines erfindungsgemäßen Axiallüfterlaufrads 100. Es ist nur eine Lüfterradschaufel 120 gezeigt, wobei sich an der Nabe 110 mehrere Lüfterradschaufeln 120, beispielsweise vier Lüfterradschaufeln 120, befinden können. In der Draufsicht sind neun Rippen 121 auf der Lüfterradschaufel 122 zu erkennen, wobei sich zwischen den Rippen 121 zehn Lücken 122 befinden. Die Rippen 121 bilden einen Winkel β zur radialen Richtung r am Ansatz der Lüfterradschaufel 120 zur Nabe 110 von ca. 45°. Die Rippen 121 verlaufen weiter von der Nabe 110 weg im Gegenuhrzeiger nach links von der radialen Richtung weg gekrümmt. Der Rippengrund P1 am Startpunkt der Rippe 121 an der Anbindung der Lüfterradschaufel 120 an der Nabe 110 ist in axialer Richtung des Axiallüfterlaufrads 120 höher angeordnet ist als der gegenüberliegende Rippengrund P2 am Endpunkt der Rippe121. Dadurch liegt der Rippengrund P1 am Endpunkt der Rippe 121 in Fließrichtung niedriger als der Rippengrund P2 am Startpunkt der Rippe 121 an der Anbindung der Lüfterradschaufel 120 an der Nabe 110. So kann eventuell auf das stillstehende Axiallüfterlaufrad 120 auftreffendes Wasser insbesondere bei einer Anordnung des Axiallüfterlaufrads 120 mit einer im Wesentlichen vertikalen Lage der Rotationsachse abfließen, wodurch auch bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt keine Vereisungen und dadurch keine Unwuchten und/oder Vereisungsschäden auftreten können.
  • Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
    • Bezugszeichenliste:
    • 100
    Lüfterlaufrad
    110
    Nabe
    120
    Schaufel
    121
    Rippe
    122
    Lücke
    123
    Endgeometrie der Rippe
    124
    endseitiger, zur Nabe weisender Schaufelbereich
    125
    erste Schaufelseite
    126
    zweite Schaufelseite
    127
    erste Rippenflanke
    128
    zweite Rippenflanke
    A
    Außenkontur
    P1
    Rippengrund am Startpunkt der Rippe
    P2
    Rippengrund am Endpunkt der Rippe
    t_max
    maximale Profildicke
    t_w
    Wandstärke
    b
    Dicke einer Rippe
    r
    radiale Richtung
    s
    Breite der Lücke L
    α
    Schräge (Sägezahn)
    β
    Winkel der Rippen am Nabenansatz zur radialen Richtung

Claims (17)

  1. Schaufel (120) für ein Lüfterlaufrad (100) mit einem endseitigen, zu einer Nabe (110) hin gerichteten Bereich (124),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die die Schaufel (120) in dem endseitigen, zur Nabe (110) hin gerichteten Bereich mindestens eine Rippe (121) aufweist, wobei die Rippe (121) eine Außenkontur (A) aufweist, die ein Strömungsprofil nachbildet und die mindestens eine Rippe am Startpunkt der Rippe in dem endseitigen, zur Nabe (110) hin gerichteten Bereich einen Rippengrund (P1) und am gegenüberliegenden Endpunkt der Rippe (121) einen Rippengrund (P2) aufweist, wobei der Rippengrund (P1) in axialer Richtung höher angeordnet ist als der Rippengrund (P2) am Endpunkt der Rippe (121).
  2. Schaufel (120) gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der maximalen Wandstärke (t_w) der Schaufel (120) zur maximalen Profildicke (t_max) der Schaufel (120) im Bereich von 0,1 bis 0,9 liegt.
  3. Schaufel (120) gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der maximalen Wandstärke (t_w) der Schaufel (120) zur maximalen Profildicke (t_max) der Schaufel (120) im Bereich von 0,2 bis 0,6 liegt.
  4. Schaufel (120) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der Dicke (b) der Rippe (121) zur Wandstärke (t_w) der Schaufel (120) im Bereich von 0,1 bis 2 liegt.
  5. Schaufel (120) gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der Dicke (b) der Rippe (121) zur Wandstärke (t_w) der Schaufel (120) im Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt.
  6. Schaufel (120) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rippe (121) am Ansatz zur Nabe (110) einen Winkel (β) zur radialen Richtung (r) aufweist, wobei der Winkel (β) im Bereich zwischen - 80° und + 80° liegt.
  7. Schaufel (120) gemäß Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rippe (121) am Ansatz zur Nabe (110) einen Winkel (β) zur radialen Richtung (r) aufweist, wobei der Winkel (β) im Bereich zwischen - 45° und + 45° liegt.
  8. Schaufel (120) gemäß Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Verlauf der Rippe (121) geradlinig ausgestaltet ist.
  9. Schaufel (120) gemäß Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Verlauf der Rippe (121) im Gegenuhrzeigersind nach links von der radialen Richtung (r) gekrümmt ausgestaltet ist.
  10. Schaufel (120) gemäß Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Verlauf der Rippe (121) im Uhrzeigersind nach rechts von der radialen Richtung (r) gekrümmt ausgestaltet ist.
  11. Schaufel (120) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rippe (121) eine Endgeometrie (123) im Bereich der Außenkontur (A) aufweist, wobei die Endgeometrie (123) ein Sägezahnprofil ausbildet, wobei die Endgeometrie (123) der Rippe (121) einen Winkel (α) im Bereich von - 45° bis + 45° zur Außenkontur (A) bildet.
  12. Schaufel (120) gemäß Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Endgeometrie (123) der Rippe (121) einen Winkel (α) im Bereich von - 30° bis + 30° zur Außenkontur (A) bildet.
  13. Schaufel (120) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaufel (120) in dem endseitigen, zur Nabe (110) hin gerichteten Bereich (124) mindestens zwei Rippen (121) aufweist, wobei sich zwischen den mindestens zwei Rippen (121) eine Lücke (122) befindet und wobei das Verhältnis der Breite (s) der Lücke (122) zwischen zwei Rippen (121) zur Dicke (b) einer Rippe (121) im Bereich von 0,2 bis 5 liegt.
  14. Schaufel (120) gemäß Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaufel (120) in dem endseitigen, zur Nabe (110) hin gerichteten Bereich (124) mindestens zwei Rippen (121) aufweist, wobei sich zwischen den mindestens zwei Rippen (121) eine Lücke (122) befindet und wobei das Verhältnis der Breite (s) der Lücke (122) zwischen zwei Rippen (121) zur Dicke (b) einer Rippe (121) im Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt.
  15. Lüfterlaufrad (100) mit einer Nabe (110),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Lüfterlaufrad (100) mindestens eine Schaufel (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  16. Lüfterlaufrad (100) nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Lüfterlaufrad (100) ein Axiallüfterlaufrad ist.
  17. Lüfterlaufrad (100) nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterlaufrad (100) ein Radiallüfterlaufrad ist.
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