EP3256732A1 - Ventilatorrad und ventilator - Google Patents

Ventilatorrad und ventilator

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EP3256732A1
EP3256732A1 EP15830788.4A EP15830788A EP3256732A1 EP 3256732 A1 EP3256732 A1 EP 3256732A1 EP 15830788 A EP15830788 A EP 15830788A EP 3256732 A1 EP3256732 A1 EP 3256732A1
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EP
European Patent Office
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fan wheel
fan
axial
radial
wheel according
Prior art date
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EP15830788.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3256732B1 (de
Inventor
Daniel Gebert
Jens Mueller
Alexander Konzal
Michael Strehle
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Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP3256732A1 publication Critical patent/EP3256732A1/de
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Publication of EP3256732B1 publication Critical patent/EP3256732B1/de
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
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    • F04D17/08—Centrifugal pumps
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    • F04D29/288—Part of the wheel having an ejecting effect, e.g. being bladeless diffuser
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    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/14—Two-dimensional elliptical

Definitions

  • the invention relates to a fan wheel designed as a radial fan or Diagonalventilatorrad and a fan in which a corresponding fan wheel is installed.
  • centrifugal fan wheels are preferably used in volume flow guiding elements (eg air handling units) in the field of ventilation and ventilation Air conditioning used. Normally, the characteristics of the
  • a fan wheel which is designed as a radial fan or Diagonalventilatorrad and has a bottom disc on which is distributed around an axial axis of rotation a plurality of fan blades is arranged, whose axial height extent between the suction side and the bottom disc.
  • the bottom disk has a circumferential radial outer edge portion which, viewed in cross-section, extends in an arc-shaped manner at least in sections and thereby forms a circumferential elliptical transition of the bottom disk from a radial extent into an axial extent.
  • the axial extent runs parallel to the axis of rotation of the fan wheel on one side of the floor. the disc, which lies opposite the fan blades.
  • the elliptical arc shape of the radially outer edge portion causes a reduction up to the elimination of the losses caused by the installation in a volume-conducting element.
  • the efficiency is over those known from the prior art
  • Radial fan wheels improved by at least 0.1. This has been confirmed in several measurements, as described in more detail below.
  • the cross-sectionally elliptical transition of the circumferential radial outer edge portion is determined by a longer and a shorter half-axis length.
  • the half-axis length ratio a / b is in a range of 1-10, preferably 2-5, where "a" is a semiaxis length in the radial direction and "b" is a Half-axis length in the axial direction of the Ventila- tor corresponds.
  • the fan blades arranged or formed on the bottom disk each have a radial outer edge which in each case forms a transition point on one side with the bottom disk.
  • An imaginary ring connecting the transition points in the circumferential direction forms a boundary line adjoining the elliptical transition of the bottom disk in the radial direction directly or at a distance, i. the bottom disc extends radially beyond the fan blades, forming the elliptical transition.
  • the flow can thus flow unaffected by the fan blades along the bottom disk, and then be guided in the radial outer region of the elliptical transition with respect to the further flow direction.
  • the bottom disc is formed in one embodiment with an axial extension that abuts then integrally extending the elliptical transition in the axial direction and provides a further guidance for the air flow.
  • the bottom disk has an axial circumferential step in the center region extending radially outside the axis of rotation.
  • This step is formed as a kind of bending of the bottom disk and places the parts of the bottom disk lying in the center area on a parallel axial plane.
  • the step or fold increases the rigidity of the bottom plate and thus the fan wheel. In combination with the elliptical transition, the effect is enhanced.
  • it is additionally achieved by the step or bending in an axial direction away from the fan blades that the rotor of an electric motor to be fixed in the center region of the bottom disk projects less far in the direction of the fan blades.
  • a hub is formed on the bottom plate for this purpose, which adjoins the step in the direction of the axis of rotation in the center.
  • the axial step or bevel of the bottom disk seen in cross-section is substantially Z-shaped with a partially extending in the radial and axial directions, i. formed obliquely to the axis of rotation extending ridge.
  • the oblique circumferential web of the bottom disk connecting the straight upper and lower legs of the "Z" in this case preferably extends at an angle ⁇ of 20-60 DEG from the radial direction of the ventilator wheel.
  • the step or fold has, in a favorable embodiment, an axial height Z which corresponds to + 20% of the semiaxis length b of the elliptical transition in the axial direction. This causes the elliptical Transition with the step particularly effective to promote the rigidity of the bottom disc and the fan wheel together.
  • the fan wheel has a cover disk which lies opposite the bottom disk and which at least partially covers the fan disk on the suction side, which forms an inlet opening around the axis of rotation in the center.
  • the fan blades are not completely covered by the cover disk along their upper edges pointing toward the suction side; rather, in one exemplary embodiment, they each have an edge section facing the suction side, which runs separately from the cover disk in order to improve the guided flow.
  • the cover disc and the bottom disc have substantially the same outer diameter. It is provided as a possible variant of the invention that an envelope around the fan blades in the circumferential direction envelope with respect to a radial extent of the bottom disc at an oblique angle (ß) of 60 - 80 runs, ie in a lateral section, the fan blades extend obliquely with respect to an axial plane the fan wheel and pointing in the direction of the axis of rotation of the bottom disc.
  • a size ratio of the bottom disk has been found to be effective, in which the ratio d / h, ie the outer diameter d of the bottom disk and the overall axial height h, is set in a range of 20-25.
  • the ratio d / a of the outer diameter d of the bottom disk to the half-axis length a of the elliptical transition is in a range of 10-15, preferably 11-12, and the ratio d / b of the outer diameter d of the bottom disk the half-axis length b of the elliptical transition in a range of 28-38, preferably 30-34.
  • the disc-specific inlet opening has a diameter sd which, in relation to the semiaxis length b of the elliptical transition, has a value sd / b in a range of 15-25, in particular 18-21, and in relation to the semiaxis length a of the elliptic Transition a value sd / a in a range of 5 - 8, in particular 6 - 7 is set.
  • the invention further comprises a fan with a Venfilatorrad described above, which is arranged in a volume flow-conducting component having a preferably square flow cross-section with an edge length G.
  • the ratio of the edge length G to the outside diameter D of the fan wheel is in a range of 1.1 to 3.0, preferably 1.5 - 2.5 set. All disclosed features of the fan wheel can be combined as desired, as far as this is technically possible.
  • Fig. 1 is a side sectional view of a fan wheel
  • Figure 2 is a schematic representation of a fan in a volume flow-conducting element.
  • FIG. 3 shows a representation of the flow in a volume-flow-conducting element
  • FIG. 4 is a representation of the flow in a chamber test.
  • FIG. 1 shows a side sectional view of a radial fan wheel 1 with a bottom disk 2 and a cover disk 13 provided on the suction side 4 and forming an air inlet opening 14, between which a plurality of fan blades 3 arranged distributed around the axial rotation axis are provided.
  • the fan blades 3 extend radially and partially diagonally outward on the bottom disk 2 from a central region 10 'and form a radial air outlet region on their radial outer edge 8.
  • the fan blades 3 are curved in each case in such a way that they arc-shaped in a plan view and have an upper edge section 15 which is exposed from the cover plate 3 in a region facing the axial center.
  • the radial outer edges 8 of the fan blades 3 end on the bottom plate 2 each at a transition point 9.
  • the axial oblique extension of the outer edges 8 of the fan blades 3 from the bottom plate 2 to the cover plate 3 is carried out in the embodiment shown with an angle ß of about 70 degrees, wherein the fan blades 3 with the cover plate 13 form a substantially flush radially outer edge termination.
  • an imaginary boundary line forms, to which the elliptical transition 6 of the bottom disk 2 adjoins in the radial direction directly or as closely spaced as in the embodiment shown.
  • the starting point of the elliptical transition 6 in the radial direction is defined as the beginning of the curvature of the bottom disk 2 in the axial direction.
  • the bottom disk 2 has a circumferential radial outer edge section 5, which, viewed in the lateral cross-section shown extends arcuately and thereby forms the elliptical transition 6 of the bottom disk 2 from its radial extent outward in an axial extension to a fan blades 3 opposite side.
  • the elliptical Transition 6 is determined by the half-axis lengths a and b, whose ratio a / b assumes a value of about 3.0 in the embodiment shown.
  • a central opening 19 is provided in a center 10 about the axis of rotation, at the radially outer edge of the hub 12 is formed.
  • the bottom disk 2 has an axial, essentially Z-shaped step 11, wherein the oblique circumferential web 2 of the "Z" extending partially in the radial and partially in the axial direction Radial direction of the fan wheel 1, that is, a plane parallel to the bottom plate 2, at an angle ⁇ of approximately 40 DEG
  • the step 11 has, in the illustrated embodiment, an axial height Z which is approximately 15% greater than that Half-axis length b of the elliptical transition 6 in the axial direction
  • the ratio d / h between the outer diameter d of the bottom plate 2 and its axial total height h is set to a value of about 23 in the embodiment shown.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a fan 20 with the fan wheel 1 in a state installed centrally with respect to the axis of a volume-flow-conducting element 21.
  • the volume-flow-conducting element 21 has in the embodiment shown a square cross-section with an edge length G which is larger by a factor of 1, 3 than the outer diameter D of the fan wheel 1.
  • the structure shown in Figure 2 corresponds to a real installation situation of the fan 20 and the fan wheel 1.
  • This is a flow 16 generated with a course, as shown in Figure 3.
  • the air is initially blown radially out of the fan wheel 1.
  • the essential part of the flow 16 sets in the axial direction on the inner wall of the volume-current-conducting element 21 and has thereby completed a change in direction from radial to axial.
  • the flow 26 reached in chamber test stands is applied to a wall 31 which continues in the radial direction of the fan wheel 1, as shown by way of example in FIG. A diversion does not take place.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments.
  • the axial extension 7 may also be formed obliquely or arcuately.
  • a change in the material thickness of the bottom plate, for example with a taper in the direction of the axial extension, are provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad, mit einer Bodenscheibe und einer Vielzahl von um eine axiale Rotationsachse verteilt auf der Bodenscheibe angeordneten Ventilatorschaufeln, wobei die Bodenscheibe einen umlaufenden radialen Außenrandabschnitt aufweist, der im Querschnitt gesehen zumindest abschnittsweise bogenförmig verläuft und dabei einen elliptischen Übergang der Bodenscheibe von einer Radialerstreckung in eine Axialerstreckung bildet.

Description

Ventilatorrad und Ventilator
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad sowie einen Ventilator, in dem ein entsprechendes Ventilatorrad verbaut ist.
Gattungsgemäße Radialventilatorräder sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2010 009 566 A1 und der
DE 20 018 770 U1.
Derartige Radialventilatorräder werden vorzugsweise in volumenstromlei- tenden Elementen (z.B. Air Handiing Units) im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt. Normgemäß werden die Kennlinien der
Radialventilatorräder in Kammerprüfständen gemessen, bei denen die geförderte Luft ungehindert radial nach außen abströmen kann. Der Luftstrom legt sich bei einer derartigen Einbausituation dann an die sich in Verlängerung der radialen Richtung des Ventilatorrades verlaufende Kammerwand an.
Im Anwendungsfall ergibt sich jedoch zumeist eine andere
Abströmsituation, bei der die Strömung aus der radialen in die axiale Rich- tung umgelenkt wird und sich anschließend an die achsparallele und nicht an die radiale Gehäusewand des volumenstromleitenden Elements anlegt. Typischerweise wirkt sich diese Strömungssituation negativ auf die Effizienz des Ventilatorrades aus. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventilatorrad sowie einen Ventilator bereit zu stellen, die in der realen Einbausituation einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen.
Diese Aufgaben werden durch eine Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und 14 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Ventilatorrad vorgesehen, das als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad ausgeführt ist und eine Bodenscheibe aufweist, auf der um eine axiale Rotationsachse verteilt eine Vielzahl Ventilatorschaufeln angeordnet ist, deren axiale Höhenerstreckung zwischen der Ansaugseite und der Bodenscheibe verläuft. Die Bodenscheibe weist einen umlaufenden radialen Außenrandabschnitt auf, der im Querschnitt gesehen zumindest abschnittsweise bogenförmig verläuft und dabei einen umlaufenden elliptischen Übergang der Bodenscheibe von einer Radialerstreckung in eine Axialerstreckung bildet. Die Axialerstreckung verläuft parallel zu der Rotationsachse des Ventilatorrades auf einer Seite der Bo- denscheibe, welche den Ventilatorschaufeln gegenüber liegt.
Die elliptische Bogenform des radialen Außenrandabschnitts bewirkt eine Reduzierung bis hin zur Beseitigung der durch den Einbau in ein volu- menstromleitendes Element verursachten Verluste. Der Wirkungsgrad ist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten
Radialventilatorrädern um mindestens 0,1 verbessert. Dies wurde in mehreren Messungen bestätigt, wie es nachstehend näher beschrieben ist.
Der im Querschnitt elliptische Übergang des umlaufenden radialen Außenrandabschnitts wird durch eine längere und eine kürzere Halbachsenlänge bestimmt. In einer hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Verlustreduzierung vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbachsenlängenverhältnis a/b in einem Bereich von 1 - 10, vorzugsweise von 2 - 5 liegt, wobei„a" einer Halbachsenlänge in radialer Richtung und„b" einer Halbachsenlänge in axialer Richtung des Ventila- torrades entspricht.
Die auf der Bodenscheibe angeordneten oder ausgebildeten Ventilatorschaufeln weisen jeweils eine radiale Außenkante auf, die auf einer Seite mit der Bodenscheibe jeweils einen Übergangspunkt bilden. Ein in Um- fangsrichtung die Übergangspunkte verbindender gedachter Ring bildet eine Grenzlinie, an die sich der elliptische Übergang der Bodenscheibe in radialer Richtung unmittelbar oder beabstandet anschließt, d.h. die Bodenscheibe verläuft in radialer Richtung über die Ventilatorschaufeln hinaus und bildet dabei den elliptischen Übergang. Die Strömung kann somit unbeeinflusst von den Ventilatorschaufeln entlang der Bodenscheibe strömen, um dann im radialen Außenbereich von dem elliptischen Übergang bezüglich der weiteren Strömungsrichtung geführt zu werden.
Zusätzlich zu dem elliptischen Übergang ist die Bodenscheibe in einem Ausführungsbeispiel mit einer Axialverlängerung ausgebildet, die sich an den elliptischen Übergang einstückig anschließend in axialer Richtung erstreckt und eine weitergehende Führung für die Luftströmung bietet.
In einer weitergehenden Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bodenscheibe in dem sich radial außerhalb der Rotation- sachse erstreckenden Zentrumsbereich eine axiale umlaufende Stufe aufweist. Diese Stufe wird als eine Art Abkantung der Bodenscheibe gebildet und versetzt die im Zentrumsbereich liegenden Teile der Bodenscheibe auf eine parallele Axialebene. Die Stufe bzw. Abkantung erhöht die Steifigkeit der Bodenscheibe und mithin des Ventilatorrades. In Kom- bination mit dem elliptischen Übergang wird der Effekt noch verstärkt. Ferner wird durch die Stufe bzw. Abkantung in eine axiale Richtung weg von den Ventilatorschaufeln zusätzlich erreicht, dass der im Zentrumsbereich der Bodenscheibe festzulegende Rotor eines Elektromotors weniger weit in Richtung der Ventilatorschaufeln ragt. In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist an der Bodenscheibe hierfür eine Nabe ausgebildet, die sich der Stufe in Richtung der Rotationsachse im Zentrum anschließt.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die axiale Stufe bzw. Abkantung der Bodenscheibe im Querschnitt gesehen im Wesentlichen Z-förmig mit einem sich teilweise in radialer und axialer Richtung erstreckenden, d.h. schräg zur Rotationsachse hin verlaufenden Steg gebildet. Der die geraden Ober- und Unterschenkel des„Z" verbindende schräge umlaufende Steg der Bodenscheibe verläuft dabei gegenüber der radialen Richtung des Ventilatorrades vorzugsweise in einem Winkel α von 20 - 60 GRAD.
Die Stufe bzw. Abkantung weist in einer günstigen Ausführungsvariante eine axiale Höhe Z auf, die + 20% der Halbachsenlänge b des elliptischen Übergangs in axialer Richtung entspricht. Hierdurch wirkt der elliptische Übergang mit der Stufe besonders effektiv zur Förderung der Steifigkeit der Bodenscheibe und des Ventilatorrades zusammen.
In einer Ausführung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Ventilatorrad eine der Bodenscheibe gegenüberliegende und die Ventilatorschau- fein auf der Ansaugseite zumindest abschnittsweise überdeckende Deckscheibe aufweist, die um die Rotationsachse im Zentrum eine Einlassöff- nung bildet. Die Ventilatorschaufeln werden dabei von der Deckscheibe entlang ihrer zur Ansaugseite weisenden Oberkanten nicht vollständig überdeckt, vielmehr weisen sie in einem Ausführungsbeispiel jeweils einen zur Ansaugseite weisenden Randabschnitt auf, der getrennt von der Deckscheibe verläuft, um die geführte Strömung zu verbessern.
Die Deckscheibe und die Bodenscheibe haben im Wesentlichen denselben Außendurchmesser. Dabei wird als mögliche Variante der Erfindung vorgesehen, dass eine um die Ventilatorschaufeln in Umfangsrichtung gedachte Hüllkurve gegenüber einer radialen Erstreckung der Bodenscheibe in einem schrägen Winkel (ß) von 60 - 80 verläuft, d.h. in einem seitlichen Schnitt verlaufen die Ventilatorschaufeln schräg gegenüber einer axialen Ebene des Ventilatorrades und in Richtung der Rotationsachse der Bodenscheibe weisend. Als effektiv hat sich zudem ein Größenverhältnis der Bodenscheibe herausgestellt, bei dem das Verhältnis d/h, d. h. des Außendurchmessers d der Bodenscheibe und deren axialen Gesamthöhe h, in einem Bereich von 20 - 25 festgelegt ist. Ferner ist in einer günstigen Ausführung das Verhältnis d/a des Außendurchmessers d der Bodenscheibe zu der Halbach- senlänge a des elliptischen Übergangs in einem Bereich von 10 - 15, vorzugsweise 11 - 12, sowie das Verhältnis d/b des Außendurchmessers d der Bodenscheibe zu der Halbachsenlänge b des elliptischen Übergangs in einem Bereich von 28 - 38, vorzugsweise 30 - 34. Die von der Deck- scheibe bestimmte Einlassöffnung weist in einer vorteilhaften Ausführung einen Durchmesser sd auf, der im Verhältnis zur Halbachsenlänge b des elliptischen Übergangs einen Wert sd/b in einem Bereich von 15 - 25, insbesondere 18 - 21 , und im Verhältnis zur Halbachsenlänge a des ellipti- sehen Übergangs einen Wert sd/a in einem Bereich von 5 - 8, insbesondere 6 - 7 festgelegt ist.
Die Erfindung umfasst femer einen Ventilator mit einem oben beschriebenen Venfilatorrad, der in einem volumenstromleitenden Bauteil mit einem vorzugsweise quadratischen Strömungsquerschnitt mit einer Kantenlänge G angeordnet ist. Um eine besonderes vorteilhafte Strömungssituation mit von dem Ventiiatorrad aus der radialen in die axiale Richtung umgelenkten Strömung zu erhalten, wird das Verhältnis der Kantenlänge G zu dem Außendurchmesser D des Ventilatorrades in einem Bereich von 1 ,1 - 3,0, vorzugsweise von 1 ,5 - 2,5 festgelegt. Alle offenbarten Merkmale des Ventilatorrades sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Fi- guren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Ventilatorrades;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ventilators in einem volumenstromleitenden Element;
Fig. 3 eine Darstellung der Strömung in einem volumenstromleitenden Element;
Fig. 4 eine Darstellung der Strömung in einem Kammerprüfstand. Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Radial-Ventilatorrades 1 mit einer Bodenscheibe 2 und einer auf der Ansaugseite 4 vorgesehenen und eine Luft-Einlassöffnung 14 bildenden Deckscheibe 13, zwischen de- nen eine Vielzahl von um die axiale Rotationsachse verteilt angeordnete Ventilatorschaufeln 3 vorgesehen sind. Die Ventilatorschaufeln 3 verlaufen auf der Bodenscheibe 2 von einem Zentrumsbereich 10' radial und teilweise diagonal nach außen und bilden an ihrer radialen Außenkante 8 einen radialen Luftaustrittsbereich. Dabei sind die Ventilatorschaufeln 3 jeweils in sich gekrümmt geformt, so dass sie in einer Draufsicht bogenförmig verlaufen und in einem zur axialen Mitte weisenden Bereich einen von der Deckscheibe 3 frei liegenden oberen Randabschnitt 15 aufweisen. Die radialen Außenkanten 8 der Ventilatorschaufeln 3 enden auf der Bodenscheibe 2 jeweils an einem Übergangspunkt 9. Die axial-schräge Erstreckung der Außenkanten 8 der Ventilatorschaufeln 3 von der Bodenscheibe 2 zur Deckscheibe 3 erfolgt in der gezeigten Ausführung mit einem Winkel ß von etwa 70 GRAD, wobei die Ventilatorschaufeln 3 mit der Deckscheibe 13 einen im Wesentlichen bündigen radial äußeren Kanten- abschluss bilden. Wenn die Übergangspunkte 9 zu einem Ring verbunden werden, bildet sich eine gedachte Grenzlinie, an die sich der elliptische Übergang 6 der Bodenscheibe 2 in radialer Richtung unmittelbar oder wie in der gezeigten Ausführung knapp beabstandet anschließt. Der Startpunkt des elliptischen Übergangs 6 in radialer Richtung ist dabei definiert als der Beginn der Krümmung der Bodenscheibe 2 in axialer Richtung. Die Bodenscheibe 2 weist einen umlaufenden radialen Außenrandab- schnitt 5 auf, der im gezeigten seitlichen Querschnitt gesehen bogenförmig verläuft und dabei den elliptischen Übergang 6 der Bodenscheibe 2 von ihrer Radialerstreckung nach außen in eine Axialerstreckung auf eine den Ventilatorschaufeln 3 gegenüberliegende Seite bildet. Der elliptische Übergang 6 wird durch die Halbachsenlängen a und b bestimmt, deren Verhältnis a/b in der gezeigten Ausführung einen Wert von etwa 3,0 einnimmt. Sobald die Erstreckung der Bodenscheibe 2 parallel zur Rotationsachse ist, gilt der elliptische Übergang 6 als abgeschlossen. Im An- schluss ist in axialer Richtung die Axialverlängerung 7 einstückig ausgebildet.
Um die Rotationsachse der Bodenscheibe 2 ist in einem Zentrum 10 um die Rotationsachse eine Zentralöffnung 19 vorgesehen, an deren radial äußeren Rand die Nabe 12 gebildet ist. In einem sich um ihr Zentrum 10 erstreckenden Zentrumsbereich 10' weist die Bodenscheibe 2 eine axiale, im Wesentlichen Z-förmige Stufe 1 1 auf, wobei der sich teilweise in radialer und teilweise in axialer Richtung erstreckende schräge umlaufende Steg 2 des„Z" gegenüber der radialen Richtung des Ventilatorrades 1 , d.h. einer Ebene parallel zur Bodenscheibe 2, in einem Winkel α von in etwa 40 GRAD verläuft. Die Stufe 1 1 weist in der gezeigten Ausführungsform eine axiale Höhe Z auf, die in etwa um 15% größer ist als die Halbachsenlänge b des elliptischen Übergangs 6 in axialer Richtung. Das Verhältnis d/h zwischen dem Außendurchmesser d der Bodenscheibe 2 und ihrer axialen Gesamthöhe h ist in der gezeigten Ausführung auf einen Wert von in etwa 23 festgelegt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventilators 20 mit dem Ventilatorrad 1 in einem mittig zur Achse eines volumenstromleitenden Elements 21 eingebauten Zustand. Das volumenstromleitende Element 21 hat in der gezeigten Ausführung einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge G, die um den Faktor 1 ,3 größer ist als der Außendurchmesser D des Ventilatorrades 1.
Der in Figur 2 dargestellte Aufbau entspricht einer realen Einbausituation des Ventilators 20 sowie des Ventilatorrades 1. Dabei wird eine Strömung 16 mit einem Verlauf erzeugt, wie er in Figur 3 dargestellt ist. Nach dem Ansaugen durch die Einsaugöffnung 14 wird die Luft zunächst radial aus dem Ventilatorrad 1 ausgeblasen. Anschließend legt sich der wesentliche Teil der Strömung 16 in axialer Richtung an der Innenwand des volumen- stromleitenden Elements 21 an und hat dabei eine Richtungsänderung von radial zu axial vollzogen. Die in Kammerprüfständen erreichte Strömung 26 legt sich an eine in radialer Richtung des Ventilatorrades 1 fortgesetzte Wand 31 an, wie beispielhaft in Figur 4 gezeigt. Eine Umlenkung erfolgt dabei nicht. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann die Axialverlängerung 7 auch schräg oder bogenförmig ausgebildet sein. Zudem kann auch eine Änderung der Materialdicke der Bodenscheibe, beispielsweise mit einer Verjüngung in Richtung der Axialverlängerung, vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilatorrad ausgeführt als Radialventilatorrad oder Diagonalventilatorrad, mit einer Bodenscheibe (2) und einer Vielzahl von um eine axiale Rotationsachse verteilt auf der Bodenscheibe (2) angeordneten Ventilatorschaufeln (3), deren axiale Höhenerstreckung zwischen einer Ansaugseite (4) und der Bodenscheibe (2) verläuft, wobei die Bodenscheibe (2) einen umlaufenden radialen Außenrandabschnitt (5) aufweist, der im Querschnitt gesehen zumindest abschnittsweise bogenförmig verläuft und dabei einen elliptischen Übergang (6) der Bodenscheibe (2) von einer Radialerstreckung in eine Axialerstreckung bildet, wobei die Ventilatorschaufeln (3) jeweils eine radiale Außenkante (8) aufweisen, die auf einer Seite mit der Bodenscheibe (2) jeweils einen Übergangspunkt (9) bilden, und ein in Umfangsrichtung die Übergangspunkte (9) verbindender gedachter Ring eine Grenzlinie bildet, an die sich der elliptische Übergang (6) der Bodenscheibe (2) in radialer Richtung unmittelbar oder beabstandet anschließt.
2. Ventilatorrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elliptische Übergang (6) im umlaufenden radialen Außenrandabschnitt (5) der Bodenscheibe (2) ein Halbachsenlängenverhältnis (a)/(b) in einem Bereich von 1 - 10, insbesondere von 2 - 5 aufweist, wobei (a) einer Halbachsenlänge in radialer Richtung und (b) einer Halbachsenlänge in axialer Richtung des Ventilatorrades (1) entspricht.
3. Ventilatorrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem elliptischen Übergang (6) in axialer Richtung eine Axialverlängerung (7) einstückig ausgebildet ist.
4. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenscheibe (2) in einem radial außerhalb der Rotationsachse liegenden Zentrumsbereich (10') eine axiale Stufe (11) aufweist,
5. Ventilatorrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Stufe ( 1) im Querschnitt gesehen im Wesentlichen Z- förmig mit einem sich teilweise in radialer und axialer Richtung erstreckenden Steg ( 2) gebildet ist.
6. Ventilatorrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (12) gegenüber der radialen Richtung des Ventilatorrades in einem Winkel (a) von 20 - 60 GRAD verläuft.
7. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bodenscheibe (2) eine Nabe (13) ausgebildet ist, die sich der Stufe ( 1) in radialer Richtung anschließt.
8. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (11) eine axiale Höhe (Z) aufweist, die ± 20% der Halbachsenlänge (b) des elliptischen Übergangs (6) in axialer Richtung entspricht.
9. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine der Bodenscheibe (2) gegenüberliegende und die Ventilatorschaufeln (3) auf der Ansaugseite (4) zumindest abschnittsweise überdeckende Deckscheibe ( 3) aufweist, die eine sich um die Rotationsachse erstreckende Einlassöffnung (14) bildet.
10. Ventilatorrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln (3) jeweils einen zur Ansaugseite (4) weisenden Randabschnitt (15) aufweisen, der getrennt von der Deckscheibe (13) verläuft.
11.Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine um die Ventilatorschaufeln (3) in Umfangs- richtung gedachte Hüllkurve gegenüber einer radialen Erstreckung der Bodenscheibe (2) in einem schrägen Winkel (ß) von 60 - 80 GRAD verläuft.
12. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (d)/(h) eines Außendurchmessers (d) der Bodenscheibe (2) zu einer axialen Gesamthöhe (h) der Bodenscheibe (2) in einem Bereich von 20 - 25 festgelegt ist.
13. Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (d)/(a) des Außendurchmessers (d) der Bodenscheibe (2) zu der Halbachsenlänge (a) des elliptischen Übergangs (6) in einem Bereich von 10 - 15, insbesondere 1 1 - 12 festgelegt ist.
14. Ventilator mit einem Ventilatorrad nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, wobei der Ventilator (20) in einem volumenstromleitenden Bauteil (21) mit einem quadratischen Strömungsquerschnitt mit einer Kantenlänge (G) angeordnet ist, und ein Verhältnis der Kantenlänge (G) zu einem Außendurchmesser (D) des Ventilatorrades in einem Bereich von 1 ,1 - 3,0, insbesondere von 1 ,5 - 2,5 festgelegt ist.
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