EP3256736B1

EP3256736B1 - Spiralgehäuse eines radialventilators

Info

Publication number: EP3256736B1
Application number: EP16750118.8A
Authority: EP
Inventors: Daniel Gebert; Oliver Haaf
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-07-22
Also published as: EP3527832B1; EP3527832A1; PL3256736T3; PL3527832T3; DE102015114389A1; CN205423324U; EP3256736A1; US20180135653A1; US10677265B2; WO2017036668A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spiralgehäuse eines Radialventilators sowie einen Radialventilator mit einem derartigen Spiralgehäuse.
Spiralgehäuse sind in verschiedenen Formen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielhafte Ausführungen offenbaren die Druckschriften DE 8308512 U1 , DE 102009050684 A1 oder DE 10017808 B4 . Weiterer Stand der Technik im vorliegenden Gebiet ist offenbart in den Druckschriften US2015/198178A1 , DE 10 2007 010 541 A , DE 199 06 537 A1 und EP 1 178 215 A2 .
Die Spiralgehäuse haben bei Radialventilatoren die Aufgabe, den Luftstrom am Austritt des Radialventilators zu sammeln, in eine Richtung abströmen zu lassen und als Nachleitgeometrie zu wirken. Hierbei erfolgt die Rückwandlung von dynamischem Druck in statischen Druck. Ein Spiralgehäuse besitzt im Grenzbereich des Spiralhauptkörpers und dem Austritt eine Engstelle, welche in Fachkreisen als Gehäusezunge bezeichnet wird. Bekanntermaßen muss diese Gehäusezunge nah am Lüfterrad angeordnet sein, um eine gute Effizienz des Radialventilators zu erreichen. Dies führt jedoch durch Interaktion der rotierenden Ventilatorschaufeln des Lüfterrades mit der Gehäusezunge zu starken tonalen Anteilen im Geräuschspektrum des Ventilators (Drehklang), welche als störend empfunden werden und den Geräuschpegel deutlich anheben.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Spiralgehäuse bereit zu stellen, das eine gute Effizienz bei reduzierter Geräuscherzeugung mit niedrigen Drehklängen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Anpassung der Gehäusekontur, die sich unmittelbar auf den Strömungsquerschnitt und mithin auf die für die Effizienz und Geräuschbildung verantwortliche Strömung auswirkt. Dabei reicht es aus, ein Seitenteil des Spiralgehäuses anzupassen. Das Spiralgehäuse ist deshalb vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig mit einem Seitenteil und einem Unterteil ausgebildet, die im Axialschnitt im Wesentlichen mittig getrennt werden.
Es wird ein Spiralgehäuse eines Radialventilators mit einer, ausgehend von einer Gehäusezunge, sich in Umfangsrichtung vergrößernden Strömungsquerschnittsfläche um ein auf einer axialen Mittelachse anordenbares Lüfterrad vorgeschlagen, bei dem die Strömungsquerschnittsfläche über eine Kontur zumindest eines axialen Seitenteils des Spiralgehäuses bestimmt wird. Das Seitenteil weist eine axiale Ansaugöffnung mit einem diese umgebenden Öffnungsrandabschnitt auf, an den sich in radialer Richtung gesehen unmittelbar ein in Umfangsrichtung verlaufender Übergangsabschnitt anschließt, der in einem sich von der Gehäusezunge in Umfangsrichtung über einen vorbestimmten Winkel erstreckenden Anfangsabschnitt in axialer Richtung zum Öffnungsrandabschnitt beabstandet ist und einen den Strömungsquerschnitt in Umfangsrichtung vergrößernden Verlauf aufweist, bis Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts und Übergangsabschnitts in derselben Ebene verlaufen.
Die erfindungsgemäße Form wird dadurch erreicht, dass zum Einen im Bereich der Gehäusezunge ein geringer axialer Abstand zwischen Laufrad und Spiralgehäuse, zum Anderen ein vergrößerter axialer Abstand im übrigen Bereich der Spirale realisierbar ist. Dies steigert die Effizienz und reduziert die Drehklänge eines das Spiralgehäuse einsetzenden Radialventilators.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Übergangsabschnitt den den Strömungsquerschnitt in Umfangsrichtung vergrößernden Verlauf aufweist, bis die Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts und Übergangsabschnitts in derselben Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse des Spiralgehäuses verlaufen. Das bedeutet, dass die Axialfläche des Öffnungsrandabschnitts und Übergangsabschnitts im Übergangsabschnitt zur Mittelachse hin in jedem Schnitt senkrecht zur Mittelachse ausgerichtet sind.
Ferner ist bei dem Spiralgehäuse günstig, wenn die Axialfläche des Öffnungsrandabschnitts über den gesamten Umfang senkrecht zur Rotationsachse des Spiralgehäuses verläuft. Der Übergangsabschnitt verändert somit seine Kontur gegenüber dem Öffnungsrandabschnitt und vergrößert die Strömungsquerschnittsfläche entlang seiner Erstreckung in Umfangsrichtung. Der Öffnungsrandabschnitt verläuft hingegen über den gesamten Umfang auf einer axialen Ebene. Dies ermöglicht eine vergleichsweise große axiale Bauhöhe des Spiralgehäuses im Ansaugbereich und dem Bereich des Laufrads.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich in radialer Richtung an den Übergangsabschnitt ein zumindest abschnittsweise den Druckraum des Spiralgehäuse bildender Druckraumabschnitt anschließt, dessen Strömungsquerschnittsfläche im Anfangsabschnitt durch eine Kontur bestimmt wird, die im Radialschnitt tangential in den Übergangsabschnitt übergeht. Der Druckraumabschnitt ist der radial außenseitige Bereich innerhalb des Spiralgehäuses, in dem die Strömung im Wesentlichen ausschließlich in Umfangsrichtung gefördert wird.
Das Volumen des Druckraumabschnitts innerhalb des Spiralgehäuses ist gegenüber dem Volumen des Übergangsabschnitts deutlich größer. Im Anfangsabschnitt gehen der Übergangsabschnitt und der Druckraumabschnitt durch die erfindungsgemäße Kontur im Radialschnitt gesehen stufenlos ineinander über.
In einer hinsichtlich der Effizienz und Geräuschbildung bevorzugten Ausführung erstreckt sich der Anfangsabschnitt ausgehend von der Gehäusezunge, das heißt der engsten Stelle im Spiralgehäuse in Umfangsrichtung über einen Winkel von 5 - 270°, weiter bevorzugt über einen Winkel von 20 - 180°. Der oben beschriebene Verlauf des Übergangsabschnitts gegenüber dem Öffnungsrandabschnitt beziehungsweise dem Druckraumabschnitt erfolgt vorzugsweise kontinuierlich über den gesamten Winkelbereich.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich in Umfangsrichtung an den Anfangsabschnitt ein Mittelabschnitt anschließt, in dem die Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts und Übergangsabschnitts in derselben Ebene senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und der durch den Übergangsabschnitt gebildete Strömungsquerschnitt dadurch konstant ist. In anderen Worten fallen der Übergangsabschnitt und der Öffnungsrandabschnitt im Mittelabschnitt zusammen und bilden eine ebene Fläche. In radialer Richtung erstreckt sich weiterhin an den Übergangsabschnitt anschließend der Druckraumabschnitt mit gegenüber dem Übergangsabschnitt vergrößertem Strömungsquerschnitt. Im Mittelabschnitt vergrößert sich in einer Ausführungsvariante der Erfindung dabei die Strömungsquerschnittsfläche des Druckraumabschnitts gegenüber dem Übergangsabschnitt in radialer Richtung sprunghaft.
An den Mittelabschnitt kann sich in Umfangsrichtung unmittelbar die Auslassgeometrie anschließen. Jedoch ist eine Ausführung des Spiralgehäuses vorteilhaft, bei der sich in Umfangsrichtung an den Mittelabschnitt ein Endabschnitt anschließt, in dem der Übergangsabschnitt eine in Axialrichtung einwärts gerichtete, den Strömungsquerschnitt verringernde Axialstufe bildet. Die im Anfangsabschnitt vergrößerte Strömungsquerschnittsfläche wird dadurch im Endabschnitt wieder verkleinert. An den Endabschnitt schließt sich vorteilhafterweise unmittelbar der Auslass an.
In einer sich ebenfalls günstig auswirkenden Ausführung ist die Axialstufe in Umfangsrichtung versetzt zur Gehäusezunge ausgebildet, so dass die Strömung unabhängig von der Gehäusezunge beeinflussbar ist. Jedoch weist die Axialstufe in einer speziellen Ausführungsform eine Erstreckung in Umfangsrichtung mit einer Ausrichtung auf die Gehäusezunge auf. Die Axialstufe nimmt somit die Spiralform auf, ohne direkt in den Auslass zu weisen.
Der Auslass schließt sich in einem Auslassabschnitt an die Spiralform in tangentialer Richtung, d.h. mit gerader Form, an. Dabei ist vorteilhaft, die Axialstufe in Umfangsrichtung in dem Übergangsbereich aus der Spiralform in die gerade Form des Auslasses zu bilden.
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Spiralgehäuse hinsichtlich einer guten Effizienz vorteilhaft, dass sich die Strömungsquerschnittsfläche im Druckraumabschnitt in Umfangsrichtung stetig vergrößert.
Bei einer günstigen Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass bei dem Spiralgehäuse die Ansaugöffnung rotationssymmetrisch und als Einlaufdüse ausgebildet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Radialventilator mit einem oben beschriebenen Spiralgehäuse.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Spiralgehäuses;
Fig. 2: eine Draufsicht mit Schnittansichten A-A und B-B des Spiralgehäuses aus Fig. 1.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralgehäuses 1 eines Radialventilators in verschiedenen Ansichten.
Das Spiralgehäuse 1 ist zweiteilig mit einem Seitenteil 2 und einem Unterteil 20 gebildet. Auf einer axialen Mittelachse wird das nicht dargestellte motorbetriebene Lüfterrad angeordnet. Die als Gehäusezunge 10 bezeichnete Engstelle bildet in Umfangsrichtung (in Strömungsrichtung gesehen) einen Startpunkt für eine angepasste Kontur verschiedener Abschnitte des Spiralgehäuses 1 zur Erhöhung der Effizienz und Reduzierung der Geräuschbildung während des Betriebs. An die Spiralform des Spiralgehäuses 1 schließt sich ein tangential verlaufender Auslass 11 an. Der Querschnitt des Auslasses 11 kann beliebige Formen aufweisen und beispielsweise rund, oval oder elliptisch sein.
Das Seitenteil 2 weist eine axiale Ansaugöffnung 3 mit einem umlaufenden Öffnungsrandabschnitt 4 auf, der eine Axialfläche bildet. Der Öffnungsrandabschnitt 4 verläuft über seinen gesamten Umfang senkrecht zur Rotationsachse des Spiralgehäuses 1. Die Ansaugöffnung 3 ist als Einlaufdüse mit einem sich in die Ansaugöffnung 3 axial einwärts in Richtung Laufrad konisch erstreckenden Düsenabschnitt gebildet.
An den Öffnungsrandabschnitt 4 schließt sich in radialer Richtung gesehen unmittelbar der in Umfangsrichtung verlaufende Übergangsabschnitt 5 an, der in einem sich von der Gehäusezunge 10 in Umfangsrichtung über den Winkel α von über 90° erstreckenden Anfangsabschnitt 7 in axialer Richtung zum Öffnungsrandabschnitt 4 beabstandet ist und einen sich in axialer Richtung aufweitenden Verlauf aufweist, durch welchen der Strömungsquerschnitt im Übergangsabschnitt 5 in Umfangsrichtung vergrößert wird. Dieser aufweitende Verlauf des Übergangsabschnitts 5 erstreckt sich in Umfangsrichtung so weit, bis die Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts 4 und des Übergangsabschnitts 5 in derselben axialen Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Spiralgehäuses 1 verlaufen.
An den Übergangsabschnitt 5 schließt sich in radialer Richtung der den Druckraum des Spiralgehäuse 1 bildende Druckraumabschnitt 6 an, dessen Strömungsquerschnittsfläche in dem an die Gehäusezunge 10 angrenzenden Anfangsabschnitt 7 eine Kontur aufweist, die im Radialschnitt tangential in den Übergangsabschnitt 5 übergeht, wie es gut im Radialschnitt B-B zu erkennen ist. Der Anfangsabschnitt 7 endet in Umfangsrichtung, sobald der Übergangsabschnitt 5 und der Öffnungsrandabschnitts 4 eine im Radialschnitt tangential ineinander übergehende Kontur aufweisen, d.h. in diesem Fall in derselben axialen Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Spiralgehäuses 1 verlaufen. Dieser Bereich bildet den Mittelabschnitt 8 mit konstantem Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts 5.
Die Betrachtung in Umfangsrichtung fortsetzend folgt dem Mittelabschnitt 8 der Endabschnitt 9, in dem der Übergangsabschnitt 5 eine einwärts gerichtete, den Strömungsquerschnitt verringernde Axialstufe 12 bildet. Die Axialstufe 12 ist als eine Art zweite Gehäusezunge in Umfangsrichtung versetzt zur eigentlichen Gehäusezunge 10 ausgebildet. Der sich in Umfangsrichtung zunächst vergrößernde und dann konstante Strömungsquerschnitt im Übergangsabschnitt 5 wird durch die Axialstufe 12 wieder verringert. Die Axialstufe 12 ist im Übergangsbereich der Spiralform in die gerade Form des Auslasses 11 gebildet, erstreckt sich aber in Umfangsrichtung auf die Gehäusezunge 10 zu. Somit wirken die Gehäusezunge 10 und die Axialstufe 12 strömungstechnisch zusammen, obwohl sie in Umfangsrichtung beabstandet sind.
Eine Betrachtung des Spiralgehäuses 1 in radialer Richtung zeigt, dass sich die Strömungsquerschnittsfläche des den Druckraum bildenden Druckraumabschnitts 6 im Mittelabschnitt 8 gegenüber dem Übergangsabschnitt 5 sprunghaft vergrößert. Diese vergrößerten Abmaße bleiben bis zum Endabschnitt 9 bis in den Auslass 11 erhalten. Dabei vergrößert sich zudem die Strömungsquerschnittsfläche im Druckraumabschnitt 6 auch in Umfangsrichtung stetig.
Das Unterteil 20 weist neben der axial eingesenkten Aufnahme für das Laufrad eine in radialer Richtung ebene Erstreckung ohne die spezielle Formgebung des Seitenteils 2 auf.
Der Umfang der Erfindung ist lediglich durch die beigefügten Ansprüche definiert. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung deshalb 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 nicht die Strömung beeinflussende Außenkontur des Spiralgehäuses beliebig geformt sein.

Bezugszeichenliste:

1 - Spiralgehäuse
2 - Seitenteil
3 - Ansaugöffnung
4 - Öffnungsrandabschnitt
5 - Übergangsabschnitt
6 - Druckraumabschnitt
7 - Anfangsabschnitt
8 - Mittelabschnitt
9 - Endabschnitt
10 - Gehäusezunge
11 - Auslass
12 - Axialstufe
20 - Unterteil

Claims

Spiralgehäuse eines Radialventilators mit einer, ausgehend von einer Gehäusezunge (10), sich in Umfangsrichtung vergrößernden Strömungsquerschnittsfläche um ein auf einer axialen Mittelachse anordenbares Lüfterrad, wobei die Strömungsquerschnittsfläche über eine Kontur zumindest eines axialen Seitenteils (2) des Spiralgehäuses bestimmt wird, wobei das Seitenteil (2) eine axiale Ansaugöffnung (3) mit einem diese umgebenden Öffnungsrandabschnitt (4) aufweist, an den sich in radialer Richtung gesehen unmittelbar ein in Umfangsrichtung verlaufender Übergangsabschnitt (5) anschließt, der in einem sich von der Gehäusezunge (10) in Umfangsrichtung über einen vorbestimmten Winkel erstreckenden Anfangsabschnitt (7) in axialer Richtung zum Öffnungsrandabschnitt (4) beabstandet ist und einen den Strömungsquerschnitt in Umfangsrichtung vergrößernden Verlauf aufweist, bis Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts (4) und Übergangsabschnitts (5) in derselben Ebene verlaufen, wobei
sich in radialer Richtung an den Übergangsabschnitt (5) ein zumindest abschnittsweise einen Druckraum des Spiralgehäuse (1) bildender Druckraumabschnitt (6) anschließt, dessen Strömungsquerschnittsfläche im Anfangsabschnitt (7) durch eine Kontur bestimmt wird, die im Radialschnitt tangential in den Übergangsabschnitt (5) übergeht,
dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (5) und der Druckraumabschnitt (6) einen sich in axialer Richtung aufweitenden Verlauf aufweisen, durch welchen der Strömungsquerschnitt in diesen Abschnitten in Umfangsrichtung vergrößert wird bis die Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts (4) und des Übergangsabschnitts (5) in derselben axialen Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse des Spiralgehäuses verlaufen und sich in Umfangsrichtung an den Anfangsabschnitt (7) ein Mittelabschnitt (8) anschließt, in dem sich die Strömungsquerschnittsfläche des Druckraumabschnitts (6) gegenüber dem Übergangsabschnitt (5) weiter vergrößert.
Spiralgehäuse nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anfangsabschnitt (7) in Umfangsrichtung über einen Winkel von 5 - 270° erstreckt.
Spiralgehäuse nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anfangsabschnitt (7) in Umfangsrichtung über einen Winkel von 20 - 180° erstreckt.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialfläche des Öffnungsrandabschnitts (4) über den gesamten Umfang senkrecht zur Rotationsachse des Spiralgehäuses (1) verläuft.
Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mittelabschnitt (8) die Axialflächen des Öffnungsrandabschnitts (4) und Übergangsabschnitts (5) in derselben Ebene senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und der durch den Übergangsabschnitt (5) gebildete Strömungsquerschnitt dadurch konstant ist.
Spiralgehäuse nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangsrichtung an den Mittelabschnitt (8) ein Endabschnitt (9) anschließt, in dem der Übergangsabschnitt (5) eine in axialer Richtung einwärts gerichtete, den Strömungsquerschnitt verringernde Axialstufe (12) bildet.
Spiralgehäuse nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialstufe (12) in Umfangsrichtung versetzt zur Gehäusezunge (10) ausgebildet ist.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialstufe (12) eine Erstreckung in Umfangsrichtung aufweist, die auf die Gehäusezunge (10) gerichtet ist.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Spiralform mit einem sich in einem Auslassabschnitt an die Spiralform anschließenden tangential verlaufenden geraden Auslass (11) aufweist, wobei die Axialstufe (12) in Umfangsrichtung in einem Übergangsbereich der Spiralform in die gerade Form des Auslasses (11) gebildet ist.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Mittelabschnitt (8) die Strömungsquerschnittsfläche des Druckraumabschnitts (6) gegenüber dem Übergangsabschnitt (5) in radialer Richtung sprunghaft vergrößert.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungsquerschnittsfläche im Druckraumabschnitt (6) in Umfangsrichtung stetig vergrößert.
Spiralgehäuse nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (3) rotationssymmetrisch und als Einlaufdüse ausgebildet ist.
Radialventilator mit einem Spiralgehäuse (1) nach zumindest einem der vorigen Ansprüche.