EP3289224A1 - Lüfterrad, lüfter und system mit mindestens einem lüfter - Google Patents

Lüfterrad, lüfter und system mit mindestens einem lüfter

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EP3289224A1
EP3289224A1 EP16763436.9A EP16763436A EP3289224A1 EP 3289224 A1 EP3289224 A1 EP 3289224A1 EP 16763436 A EP16763436 A EP 16763436A EP 3289224 A1 EP3289224 A1 EP 3289224A1
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EP
European Patent Office
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fan
wing
wavy
fan blades
span
Prior art date
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Application number
EP16763436.9A
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English (en)
French (fr)
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Frieder Loercher
Georg Hofmann
Sandra Hub
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Ziehl Abegg SE
Original Assignee
Ziehl Abegg SE
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2250/61—Structure; Surface texture corrugated
    • F05D2250/611—Structure; Surface texture corrugated undulated

Definitions

  • the invention relates to a fan, a fan and a system with at least one fan.
  • Fan wheels are generally understood to mean radial fan wheels, diagonal fan wheels, axial fan wheels, but also leading or following wheels (stators) of fans.
  • fan blades made of sheet metal un profiled fan blades.
  • fans with such wings tend to have broadband noise emissions (broadband noise).
  • blunt trailing edge of fan blades which may be present in unprofiled and profiled fan blades, a noise source (trailing edge noise).
  • an axial fan is known per se, which has a particularly low noise emission in the broadband frequency range caused by the leakage flow at the head gap due to a special design of the fan wheel in the radially outer region of the fan blades.
  • the special design is achieved in particular by the fact that locally in the radial outer region of the course of the fan blades, seen in the spanwise direction, characterized by a significant deviation of the course in the spanwise direction in the remaining area of the fan blades.
  • a design of the fan can not or insufficiently reduce the tonal noise caused by Zuströmtypicalen.
  • such a design can not or only insufficiently reduce the broadband noise in unprofiled wings and the trailing edge noise.
  • the present invention has for its object to design a fan so that it has lower noise emissions compared to the prior art. At the same time, it should be easy to design and manufacture. A corresponding fan and a system with a fan should be specified.
  • the above object is achieved by the features of claim 1.
  • the above object is achieved with the features of the independent claim 1 1.
  • the problem is solved by the further independent claim 13.
  • the fan wheel comprises at least two corrugated fan blades, the term "wavy" being to be understood in the broadest sense
  • the figure description to Figures 1 to 3 illustrates what is meant by a wavy design of the respective fan blade It is an advantage of simple design and manufacture if the surface of the fan blade is not or hardly wavy on average, so that the waviness essentially refers to the leading edge of the blade and / or the trailing edge of the blade, a compromise between simple production and noise reduction Find.
  • the waviness preferably extends over the entire fan blade surface, namely to effect a further-reaching noise reduction.
  • the waviness may preferably extend with the same or variable amplitude from the inner wing tip to the outer wing tip and from the wing leading edge to the wing trailing edge, these two edges are preferably formed wavy.
  • the ripple can be approximately sinusoidal, preferably with amplitudes in the range of 3 mm to 50 mm, depending on the dimensions of the fan blade.
  • the amplitudes can be between 0.5% to 5% of the maximum fan diameter.
  • the outermost region of the fan blade of a fan wheel without bezel, i. the free end, can end with a negative sickle and possibly V position. Due to this special design, the broadband noise of the fan during operation can be reduced. This design achieves an effect comparable to that of a winglet.
  • a fan blade can be made advantageous in the region of its inner and / or outer end at the transition to a hub ring or cover ring by the ripple.
  • the design of the waviness can be achieved that a fan blade is at least partially at an angle of 75 ° to 105 °, preferably of about 90 °, to the hub ring or the cover ring, although the non-wavy reference wing under a much more acute or would dull to the hub ring or the cover ring would stand. This is advantageous for manufacturing, strength, aerodynamics and aeroacoustics.
  • the fan blade is manufactured in one layer from sheet metal (metal or plastic).
  • sheet metal metal or plastic.
  • the wavy design can be achieved in a fan blade made of sheet metal advantages in aerodynamics and aeroacoustics of the fan, similar to the advantages as they are much more expensive and expensive to realizing fan blades with cross sections similar to those of a wing profile can be achieved.
  • Fan blades with cross-sections similar to those of a wing profile can advantageously be designed wavy, with a casting technology production (plastic or metal) of fan blades or the complete fan wheel offers in the context of such a configuration.
  • the fan may be a radial / diagonal / axial fan or a diverter or idler.
  • the fan according to the invention comprises at least one fan wheel according to the preceding embodiments. It is also conceivable that the fan has at least one further, known per se known fan wheel according to the prior art.
  • the combination of a fan impeller according to the invention with a conventional fan impeller may be advantageous, whereby a compromise with respect to the noise emission is to be accepted.
  • this is a system with at least one fan of the aforementioned kind, i. using at least one fan according to the invention, acts. Only examples are air conditioners or precision air conditioning units, compact air conditioning equipment, electronic cooling modules, generator ventilation systems for industrial and residential space, heat pump, etc. mentioned. It is essential for a system according to the invention that at least one fan according to the invention with at least one fan wheel according to the invention is used there.
  • Fig. 1 to 3 are schematic representations to discuss the wavy configuration of the fan, in the concrete
  • Fig. 1 a is a schematic representation of a section through a
  • 1 b is a schematic representation of a section through a diagonal fan to explain the definition of iso-span surfaces
  • Fig. 1 c is a schematic representation of a section through a
  • 2a is a schematic representation of a section of an iso span area with an unprofiled fan blade
  • 2b is a schematic representation of a section of an isospanned area with a profiled fan blade
  • Fig. 4a is a perspective view of a Axialllibraryerrads with wavy
  • Fig. 4b is a fan blade of Axialllibraryerrads according to Fig. 4a, in axial
  • 5a is a perspective view of a radial fan in sheet metal design with unprofiled, wavy fan blades, the wing surfaces are not wavy,
  • 6a is a perspective view of a radial fan in sheet metal design with unprofiled, wavy fan blades, the wing surfaces are wavy,
  • FIG. 7a is a perspective view of a Nachleitrads (stator) with profiled, wavy fan blades, the wing surfaces are wavy in the vicinity of the leading edge of the wing, and
  • Fig. 7b a fan blade of the Nachleitrads according to Fig. 7a, in radial
  • Iso-Span vomunat are surfaces of rotation of certain curves, hereinafter referred to as IsoSpan n wide curves, which lie in a Meridionalebene to the associated fan axis. In particular, sections of such iso-span surfaces with fan blades are considered.
  • Figure 1 a shows a schematic representation of a fan 2 radial type in a plane through the Lüfterradachse 1, which corresponds to the axis of rotation. Such a level is commonly referred to as the meridional plane.
  • the Fan wheel axis 1 is always aligned horizontally in the selected display.
  • the exemplary radial fan consists essentially of a hub ring 4, a cover ring 5 and fan blades, which extend between hub ring 4 and cover ring 5.
  • Hub ring 4 and cover ring 5 are in the embodiment of rotation body with respect to the Lüfterradachse 1. They are shown dotted in section through the plane of view, with only half of the hub ring 4 and 5 cover ring above the Lüfterradachse 1 is shown.
  • the fan blades are shown in the form of their meridional fan blade surface 3a.
  • the meridional fan blade surface 3a corresponds to the entirety of all points of the meridional section plane above the fan wheel axis 1, which lie at at least one arbitrary rotational position of the fan wheel 2 about the fan wheel axis 1 within a fan blade.
  • the meridional fan blade surface 3a has four edges 6, 7, 8 and 9.
  • the inflow-side edge 6 and the downstream edge 7 represent the boundary of the fan blade surface 3a in the flow direction.
  • the inner edge 8, which corresponds to the inner, hub ring-side end of the wing, as well the outer edge 9, which corresponds to the outer, cover ring-side end of the wings, represent the boundaries in the spanwise direction.
  • the entire meridional fan blade surface 3a is within the general quadrilateral, which by the two iso-span curves 10 and 1 1 and the two straight sections 12 and 13, which respectively connect the two inflow-side and downstream endpoints selbiger Iso-span curves 10 and 1 1 is clamped, if necessary at the upstream and / or downstream end points of the two edges 8 and / or 9 still sufficiently long straight, tangential to the edges 8, 9 subsequent extensions attached, which then also part of the corresponding Iso Spannweitenkurven 10, 1 1 are.
  • the straight line 12 is referred to as the inflow-side iso-meridional position curve, at which the origin for the meridional length position m is defined.
  • the straight line 13 is referred to as the downstream iso-meridional position curve, at which the meridional length position m takes as value the length of the corresponding IsoSpan n wide curve from the straight line 12 to the straight line 13.
  • the value of the meridional length position m at a point between the distances 12 and 13 corresponds to the length of the corresponding IsoSpan n wide curves from the straight line 12 to the point under consideration.
  • Iso span curves between the innermost and outermost iso span curves 10 and 1 1 are defined at each normalized span coordinate s between 0.0 and 1.0 by a linear combination of innermost and outermost iso span curves, where the linear combination is always for equal values of the meridional coordinate m is performed.
  • FIG. 1 b shows a schematic representation of a fan wheel 2 of diagonal design in a meridional plane.
  • the iso-span curves can be defined analogously to the comments on Fig. 1 a.
  • an extension of the edges 8, 9 at the downstream end is necessary in this case, while in the example of FIG. 1 a, an extension of the edges 8,9 at the inflow end is necessary.
  • Fig. 1 c shows a schematic representation of a fan 2 axial design in a Meridionalebene.
  • a bezel is not present in this example, the fan blade has an outer, free end.
  • the iso-span curves can be defined equivalent to the embodiments of Fig. 1 a or 1 b.
  • the iso-span surfaces which are always defined as surfaces of rotation of the iso-span curves around the fan wheel axis 1, in the example shown are cylinder jacket surfaces, which is a typical case for axial fan wheels.
  • fan wheel geometries in particular with fan blades with free outer ends, in which the division of the edge of a meridional fan blade surface 3a in boundaries 6, 7, 8, 9 is not unique.
  • an inner boundary 8 and / or an outer boundary 9 can not be unambiguously assigned to some geometries.
  • FIGS. 2 a and 2 b show, by way of example and schematically, sections 16 of fan blades 3 with iso-span surfaces at any normalized span data s between 0.0 and 1.0. Such cuts are generally not on one level.
  • a conformal (angled) image is used, that is, the plotted angles in Figures 2a and 2b have the same magnitude as in the 3-dimensional section of the one-wing iso-span surfaces. All lengths of the cuts mean the actual lengths on the 3-dimensional cut surface. They are distorted by the image on the plane.
  • FIGS. 1 a - 1 c shows schematically the section 16 of an unprofiled wing 3 with an iso span surface.
  • the 2-dimensional coordinate system 15 with the coordinate axes ⁇ and m at the origin (zero point) is located.
  • ⁇ is a length coordinate in the circumferential direction of the fan wheel
  • m is the already explained meridional coordinate.
  • the origin (node) in terms of ⁇ is at the same angular position (same meridional plane) in the fan-wheel-fixed coordinate system for each span coordinate s.
  • the origin (zero point) with regard to m is, as described in FIGS. 1 a - 1 c, in the inflow-side iso-meridional position curve 12.
  • the wing section 16 is significantly characterized by its imaginary center line 17. Superimposed on this centerline is a wing thickness d.
  • the thickness d is substantially constant over the meridional extent of the wing.
  • the thickness d is generally constant for all span data s. This makes it possible to manufacture the fan blades inexpensively from metal or plastic sheet.
  • the thickness d In the vicinity of the wing leading edge 18, the thickness d deviates in the example from the constant thickness, since the sheet metal wing is rounded there, which can bring advantages in the acoustics.
  • the thickness profile has a taper, which can be achieved, for example, by reworking a sheet of constant thickness in order to reduce the trailing edge noise. Nevertheless, such a wing is referred to as un profiled sheet wing.
  • the section 16 has an extension I in the direction of the meridional coordinate m.
  • the center line 17 encloses an angle ⁇ 1 with the circumferential direction.
  • the center line 17 encloses an angle ⁇ 2 with the circumferential direction.
  • the angles ß1 and ß2 are decisive for the aerodynamic and aeroacoustic properties of a fan wheel.
  • the mean of the two angles is a measure of the stagger angle of the wing section 16, the difference of the two angles is a measure of the relative curvature of the wing section 16.
  • the extent of the wing section 16 in the circumferential direction depends significantly on its extension I in the meridional direction and the stagger angle, that is, about the mean of ß1 and ß2, from.
  • FIG. 2 b shows schematically the section 16 of a profiled wing 3 with an iso-span surface. It largely apply the comments on Fig. 2a. However, the thickness distribution is not constant. The thickness is rather a function of the meridional position m. In the embodiment, a thickness distribution is present, which is similar to that of a wing profile.
  • d max There is at the wing section 16 a maximum thickness d max .
  • Such thickness distributions are characteristic of profiled fan blades 3.
  • Profiled fan blades 3 are advantageous for efficiency and acoustics of a fan.
  • the production of such fan blades is more complex than unprofiled blades, especially in a production of sheet metal.
  • the thickness distribution and the maximum thickness d max can additionally depend on the span coordinate s.
  • the wing sections 16 in FIGS. 2 a and 2 b cover the entire area from a wing leading edge 18 to a wing trailing edge 19 without interruption.
  • it can be done in particular for normalized span coordinates s in the region of FIG Inner and / or outer IsoSpan n wide curves occur that a wing 3 is only partially cut, that is, that cuts 16 do not contain the entire area from a wing leading edge 18 to a wing trailing edge 19 without interruption.
  • Such cuts 16 are defined as irrelevant for the definition of the waviness, and the range of the considered normalized span coordinates s is restricted for the definition of the waviness such that such incomplete cuts do not occur.
  • the course for any fan blade 3 can be considered as a function of the normalized span coordinate s.
  • Figure 3 shows a function curve 21 of any size, which, for example, SS1, SS2, I, m c, 9 C, SS1 -ß2, d max, of the thickness d at a certain position m * in the meridional direction or another size of a Wing section may be, depending on the normalized span coordinate s.
  • the waveform of 21 is wavy.
  • the difference 23 from function course 21 and the filtered function course 22 is shown.
  • suitable definitions of ripple can be given.
  • the difference function 23 has a plurality of zero crossings in this interval, advantageously more than 3.
  • the differential function also has a plurality of inflection points, advantageously more than 3.
  • Each of the criteria mentioned leads to the function course 21 to state that it is wavy. It can also be seen from this example that, if one assumes a non-wavy course of a function, one can arrive at a wavy course, one can additively superimpose the non-wavy with a suitable wavy function similar to the difference function.
  • the wavelength ⁇ and the amplitude A of a wavy function are defined.
  • the wavelength ⁇ is defined as the difference of the normalized span coordinate s between a zero crossing and the next zero crossing of the difference function 23,
  • ⁇ is a dimensionless wavelength, which is to be seen in relation to the normalized span coordinate s, which runs from 0.0 to 1.0 for the entire fan blade. Therefore, the number of waves over the span of a fan blade is about 1.0 / ⁇ .
  • a dimensioned wavelength ⁇ is introduced, which has the unit of a length, and in particular has the geometric distance of two successive wave peaks, measured in the spanwise direction, as the value.
  • the amplitude A corresponds to the magnitude of the function value of an extremum of the difference function 23.
  • ⁇ , ⁇ and A are not constants, but can vary in the course of the difference function 23 or over a fan blade in a certain range. It is explicitly pointed out that the difference function does not necessarily have a similar course to a sine function. It may also have jagged, step-shaped, saw-toothed, comb-shaped, tongue-shaped or other progressions, as long as only the definition of waviness described above is fulfilled.
  • a fan blade is then called wavy spanwise when the course of at least one of the functions SS1, SS2, I, m c, 9 C, SS1 -ß2, d max, SS1 + SS2 or d (m *) according to the made Definitions is wavy.
  • Fig. 4a shows a perspective view of a fan wheel 2 of axial design seen obliquely from behind.
  • the fan blades 3 are wavy.
  • the waviness of these fan blades 3 was achieved by superimposing the length coordinate O c in the circumferential direction of a non-wavy reference blade with a sinusoidal waviness of the amplitude 10 mm.
  • Advantageous amplitudes for ripples of length sizes are 3 mm to 20 mm. Based on the fan blade 3, this leads to a ripple of the sickle and the V-position.
  • the waviness of the fan blades 3 can be clearly seen in the exemplary embodiment at a pronounced ripple of the wing leading edge 18 and the wing trailing edge 19.
  • Fig. 4b which shows a fan blade 3 of the same fan wheel 2 in a sectional view, it can be seen that the ripple continues through the entire fan blades 3.
  • the entire surface of the fan blade is wavy.
  • about 3 to 12 wavelengths extend over the entire spanwise extension of fan blades 3.
  • FIG. 4 b the coordinate direction of the normalized span s, which is shown in FIG Section plane is located, marked.
  • the dimensioned wavelength ⁇ is plotted in the spanwise direction at a point in the section.
  • this wavelength is about 3 cm at a maximum fan speed measuring 630 mm.
  • such wavelengths can advantageously be between 5 mm and 50 mm, or advantageously between 0.5% and 5% of the maximum fan diameter.
  • the waviness of the wing leading edge 18 leads to a reduction in particular of the tonal noise, which arises as a result of Zuströmparaen to a fan during operation.
  • the waviness of the sickle in the example of Figures 4a and 4b aerodynamically provides a ripple of the lift coefficient.
  • the outermost region 26 of the axial fan blade 3 is designed in a very targeted manner with the aid of the waviness.
  • the fan blade 3 ends with a magnitude high, negative sickle and V position.
  • the outermost wing sections are locally shifted strongly against the direction of rotation.
  • Such a design has a massive reducing effect on the broadband noise, which is often a significant source of sound due to the Kopfspaltüberströmung in an axial fan.
  • the exemplary design takes over the aeroacoustic function of a winglet. It can also be said that winglets and ripples have been perfectly and seamlessly integrated into each other with a single constructive measure.
  • Fig. 5a shows a perspective view of a fan wheel 2 radial design obliquely from the front.
  • the fan blades 3 are wavy.
  • the waviness of these fan blades 3 is expressed, in particular, in a waviness of the variables m c (position of the blade section in the direction of the meridional coordinate) and Q c (position of the blade section in the direction of the circumferential length coordinate).
  • the extension I of the cuts in the meridional direction is not wavy. Other sizes can also have a less pronounced ripple.
  • the waviness is found in the course of the leading edge 18 and the wing trailing edge 19 again. This reduces leading edge noise due to flow disturbances and trailing edge noise.
  • Fig. 5b which shows the subject of Fig. 5a cut in a radial view
  • the ripple in this embodiment is selected so that the surface of the fan blades 3 seen in section is not wavy.
  • the waviness of m c and Q c and other variables is chosen such that this surface, seen in section, is not wavy. This leads to a slight reduction of the acoustic advantages due to the ripple, but has manufacturing advantages.
  • the thicknesses d of the fan blades 3 are essentially constant, as can be seen in the planar section 24 of a fan blade 3 in FIG. 5b.
  • Such a fan is advantageously made of sheet metal (metal or plastic).
  • the production of fan blades 3 made of sheet metal is much easier and cheaper if the surface of the fan blades 3 seen in section is not wavy, since the deformation energy required when embossing or deep drawing of the sheet metal blades in this case is much lower.
  • the waviness of the front and rear edges, which alone brings great acoustic benefits, manufacturing technology can be realized for example by trimming or punching.
  • Fig. 6a shows a perspective view of a fan 2 radial type seen obliquely from the front.
  • the fan blades 3 are wavy.
  • the fan 2 in the embodiment is similar to that of the embodiment of FIG. 5a, 5b.
  • the non-wavy reference vanes are of the same geometry.
  • the waviness of these fan blades 3 in this embodiment differs from the previous one. It is expressed in particular in a ripple of size (ß1 + ß2) / 2, ie in particular a ripple of the staggering angle.
  • the geometric deflection ( ⁇ 1 - ⁇ 2), the coordinates Q c and m c and the meridional extent I of the fan blades 3 are not wavy over the spanwise direction.
  • the amplitude A of the waviness of ( ⁇ 1 + ⁇ 2) / 2 is about 1 °.
  • the amplitudes of ripples of angular sizes are advantageously 0.5 ° - 3 °.
  • FIG. 6 a it can be seen that, caused by the described ripple, in particular the courses of front edge 18 and rear edge 19 of the fan blades 3 have a pronounced waviness, which leads to the already described acoustic advantages.
  • FIG. 6b shows a radial side view of the article from FIG. 6a.
  • the waviness of the wing trailing edges 19 is different strong recognizable depending on the viewing direction. Since m c and I are not wavy, the position of the blade trailing edges 19 in the meridional direction is not wavy. This can be reconstructed, for example, in the wing trailing edge 19 located at the bottom in FIG. 6b. However, the waviness of (.beta.1 + .beta.2) / 2 leads to a waviness of the position in the circumferential direction of the blade trailing edges 19. In FIG. 6b, this is particularly pronounced in the blade trailing edge 19 located approximately in the center of the image.
  • This trailing edge ridge waviness is preferably 3 mm to 20 mm, or 0.5% to 5% of the maximum fan diameter.
  • the description of the course of the wing trailing edges 19 also applies to the course of the wing leading edges 18 in the exemplary embodiment.
  • Fig. 6b also the particularly advantageous design of the inner and outer regions 25 and 26 of the fan blades 3 of the fan blade 2 made of sheet metal can be seen. Due to the special configuration of the waviness in the inner region 25 or in the outer region 26 of the fan blades 3, it has been achieved that the surface angle which the hub ring 4 or the cover ring 5 encloses with fan blades 3 at the connection region is close to 90 ° over a wide range , This is very advantageous for manufacturing, especially when welding of metal wheels and the injection molding of complete fan wheels. In radial fan wheels in the intersection of the cover ring 5 and wing leading edges 18, this property is particularly advantageous for the acoustics.
  • FIG. 6c shows, in a plane section, the object from FIGS. 6a, 6b, viewed radially from the side. Even in the plane sections 24 of the wings, a ripple is recognizable. In this embodiment, therefore, the surface of the fan blades 3 is wavy. This leads, as already described, to additional acoustic advantages. However, the production method in sheet metal is more difficult. The application of a relatively high deformation energy for embossing or deep drawing of the fan blades is necessary, in particular in order to introduce the wavy contour. In addition, it must be ensured that the sheets do not break during such a deformation process. Special flowable metal or plastic sheets can be used.
  • a decisive measure of the deformation energy to be applied is the local wave amplitude A of the displacement of the wing surface due to the Waviness relative to its non-wavy reference position with respect to the dimensioned wavelength ⁇ .
  • a ratio ⁇ / ⁇ in the range between 0.03 and 0.3 has proven to be particularly advantageous.
  • the waviness of the fan blades 3 in the example of Fig. 6a-6c has the peculiarity that seen in the meridional direction in the region of the center of the wing sections, so seen in the meridional direction approximately in the middle of the fan blades, no or little ripple appears pronounced (there appears in the Section seen the amplitude of the ripple zero or near zero).
  • the lower wing section 24 in Fig. 6c such a central region is approximately cut, which is why there the appearance of the ripple appears relatively low. This is due in particular to the fact that neither m c nor Q c are superimposed with a ripple.
  • This design is particularly advantageous in fan blades 3 in sheet metal construction.
  • Fig. 7a shows a perspective view of a fan 2, which is a non-rotating in operation Nachleitrad (stator), seen from obliquely from the front.
  • the fan 2 has a hub ring 4 and a cover ring 5, which are interconnected by wavy fan blades 3.
  • a mounting flange 28 is provided for a motor.
  • a fastening portion 29 is provided, with which the Nachleitrad 2 can be attached, for example, to a housing.
  • the ripple in this embodiment has been constructed by a ripple of the local vane thickness d at a meridional position m * near the vane leading edge 18. Both wing leading edge 18 as well Wing trailing edge 19 are not wavy.
  • the waviness of the fan blades 3 can be recognized by the waviness of some view silhouettes 31.
  • Fig. 7b shows, seen from the front, the object of Fig. 7a in a section on a plane perpendicular to the axis of rotation, wherein the axial position of the cutting plane in the vicinity of the wing leading edge 18 is located.
  • the waviness of the thickness is very clearly visible.
  • the maximum amplitude of this ripple is about 4 mm.
  • Such an embodiment is advantageously made in cast due to the non-constant thickness of the fan blades 3.
  • the fan blades 3 are then advantageously profiled, as in the embodiment.
  • the waviness of the thickness of the fan blades 3 in the vicinity of the leading edge 18 leads to a reduction of the tonal noise due to inflow disturbances (leading edge noise). In this respect, a comparable effect is achieved as in a wavy design of a wing leading edge 18.

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Abstract

Ein Lüfterrad für einen Lüfter ist mit mindestens zwei wellig ausgeführten Lüfterflügeln ausgestattet. Ein Lüfter hat mindestens ein solches Lüfterrad. Ein System hat mindestens einen Lüfter mit einem solchen Lüfterrad.

Description

LÜFTERRAD, LÜFTER UND SYSTEM MIT MINDESTENS EINEM
LÜFTER
Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, einen Lüfter und ein System mit mindestens einem Lüfter.
Unter Lüfterrädern werden allgemein Radiallüfterräder, Diagonallüfterräder, Axiallüfterräder, aber auch Vorleit- oder Nachleiträder (Statoren) von Lüftern verstanden.
Die Bereitstellung von Lüftern mit geringen Lärmemissionen unter Erreichung bestimmter geforderter Luftleistungen (Volumenstrom und Druckerhöhung) ist für Hersteller von Lüftern von grundlegendem Interesse. Insbesondere sollen auch bei Lüftern, welche in ein System eingebaut sind, die Lärmemissionen niedrig sein. Häufig sind in solchen Systemen Zuströmstörungen am Eintritt in den Lüfter vorhanden. Solche Zuströmstörungen verursachen bei gewöhnlichen Lüftern, insbesondere bei diskreten Frequenzen, welche ganzzahlige Vielfache der Blattfolgefrequenz sind, hohe Lärmpegel (tonalen Lärm). Besteht ein Lüfter aus mehreren Lüfterrädern, beispielsweise einem Stator und einem Rotor, erfährt das stromab liegende Lüfterrad Zuströmstörungen, welche durch das stromauf liegende Lüfterrad verursacht werden. Dies führt zu starkem, insbesondere tonalem Lärm. Weiterhin ist es aus fertigungstechnischen und/oder wirtschaftlichen Gründen vorteilhaft, Lüfterradflügel aus Blech (un profilierte Lüfterflügel) zu haben. Lüfter mit solchen Flügeln neigen allerdings dazu, breitbandig erhöhte Lärmemissionen (breitbandigen Lärm) zu haben. Weiterhin ist die stumpfe Hinterkante von Lüfterflügeln, welche bei unprofilierten und profilierten Lüfterflügeln vorhanden sein kann, eine Lärmquelle (Hinterkantenlärm). Aus EP 2 418 389 A2 ist für sich gesehen ein Axiallüfter bekannt, welcher durch eine spezielle Gestaltung des Lüfterrads im radial äußeren Bereich der Lüfterflügel eine besonders geringe Lärmemission im breitbandigen Frequenzbereich aufweist, welche durch die Leckageströmung am Kopfspalt verursacht wird. Die spezielle Gestaltung wird insbesondere dadurch erreicht, dass lokal im radial äußeren Bereich der Verlauf der Lüfterflügel, in Spannweitenrichtung gesehen, durch eine deutliche Abweichung des Verlaufs in Spannweitenrichtung im übrigen Bereich der Lüfterflügel gekennzeichnet ist. Eine solche Gestaltung des Lüfterrads kann allerdings den tonalen Lärm, welcher durch Zuströmstörungen verursacht wird, nicht oder nur unzureichend reduzieren. Ebenso kann eine solche Gestaltung den Breitbandlärm bei unprofilierten Flügeln sowie den Hinterkantenlärm nicht oder nur unzureichend reduzieren.
Aus US 2013/0164488 A1 ist für sich gesehen ein profilierter Lüfterflügel bekannt, welcher durch eine spezielle wellige Gestaltung seiner Vorderkante in einem Lüfter den tonalen Lärm, der durch Zuströmstörungen entsteht, reduzieren kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad derart auszugestalten, dass es im Vergleich zum Stand der Technik geringere Geräusch- emissionen hat. Gleichzeitig soll es einfach in der Konstruktion und Fertigung sein. Ein entsprechender Lüfter und ein System mit einem Lüfter sollen angegeben werden.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des An- spruchs 1 gelöst. In Bezug auf den beanspruchten Lüfter wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 1 1 gelöst. In Bezug auf das System ist die Aufgabe durch den weiter nebengeordneten Anspruch 13 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Lüfterrad mindestens zwei wellig ausgeführte Lüfterflügel, wobei der Begriff „wellig" im weitesten Sinne zu verstehen ist. Die Figurenbeschreibung zu den Figuren 1 bis 3 verdeutlicht, was unter einer welligen Ausführung des jeweiligen Lüfterflügels zu verstehen ist. Insbesondere unter dem Aspekt einer einfachen Konstruktion und Fertigung ist es von Vorteil, wenn die Fläche des Lüfterflügels im Schnitt nicht oder kaum wellig ist, so dass sich die Welligkeit im Wesentlichen auf die Flügelvorderkante und/oder die Flügelhinterkante bezieht. Hier gilt es einen Kompromiss zwischen einfacher Fertigung und Geräuschreduktion zu finden. Ebenso ist es denkbar, dass sich die Welligkeit vorzugsweise über die gesamte Lüfterflügelfläche ersteckt, um nämlich eine weiterreichende Geräuschreduktion zu bewirken. Im Konkreten kann sich die Welligkeit vorzugsweise mit gleicher oder variabler Amplitude vom inneren Flügelende bis zum äußeren Flügelende und von der Flügelvorderkante bis zur Flügelhinterkante erstrecken, wobei diese beiden Kanten vorzugsweise wellig ausgebildet sind.
Die Welligkeit kann in etwa sinusförmig verlaufen, vorzugsweise mit Amplituden im Bereich von 3 mm bis 50 mm, je nach Dimensionierung des Lüfterflügels. Die Amplituden können zwischen 0,5 % bis 5 % des maximalen Lüfterraddurchmessers ausmachen.
Der äußerste Bereich des Lüfterflügels eines Lüfterrades ohne Deckring, d.h. das freie Ende, kann mit einer negativen Sichelung und ggf. V-Stellung enden. Durch diese spezielle Gestaltung kann der breitbandige Lärm des Lüfters im Betrieb reduziert werden. Durch diese Gestaltung wird eine Wirkung vergleichbar mit der eines Winglets erreicht. Ein Lüfterflügel kann im Bereich seines inneren und/oder äußeren Endes am Übergang zu einem Nabenring bzw. Deckring durch die Welligkeit vorteilhaft gestaltet werden. Durch die Gestaltung der Welligkeit kann erreicht werden, dass ein Lüfterflügel zumindest bereichsweise unter einem Winkel von 75° bis 105°, vorzugsweise von etwa 90°, zu dem Nabenring bzw. dem Deckring steht, obwohl der nicht wellige Referenzflügel unter einem wesentlich spitzeren bzw. stumpferen zu dem Nabenring bzw. dem Deckring stehen würde. Dies ist vorteilhaft für Fertigung, Festigkeit, Aerodynamik und Aeroakustik.
In fertigungstechnischer Hinsicht und im Hinblick auf die Kosten ist es von be- sonderem Vorteil, wenn der Lüfterflügel einschichtig aus Blech (Metall oder Kunststoff) gefertigt ist. Durch die wellige Gestaltung können bei einem Lüfterflügel aus Blech Vorteile in Aerodynamik und Aeroakustik des Lüfters erreicht werden, ähnlich der Vorteile wie sie durch wesentlich aufwändiger und teurer zu realisierende Lüfterflügel mit Querschnitten ähnlich denen eines Tragflügelprofils erreicht werden können.
Auch Lüfterflügel mit Querschnitten ähnlich denen eines Tragflügelprofils können vorteilhaft wellig ausgestaltet sein, wobei sich im Rahmen einer solchen Ausgestaltung eine gusstechnische Fertigung (Kunststoff oder Metall) von Lüfterflügeln oder des kompletten Lüfterrades anbietet.
Bei dem Lüfterrad kann es sich um ein Radial-/Diagonal-/Axiallüfterrad oder um ein Vorleit- oder Nachleitrad handeln.
Der erfindungsgemäße Lüfter umfasst mindestens ein Lüfterrad entsprechend den voranstehenden Ausführungen. Auch ist es denkbar, dass der Lüfter mindestens ein weiteres, für sich gesehen bekanntes Lüfterrad gemäß Stand der Technik aufweist. Die Kombination eines erfindungsgemäßen Lüfterrads mit einem herkömmlichen Lüfterrad kann von Vorteil sein, wobei dabei ein Kompromiss in Bezug auf die Geräuschemission zu akzeptieren ist.
In Bezug auf das erfindungsgemäße System sei angemerkt, dass es sich dabei um ein System mit mindestens einem Lüfter der zuvor genannten Art, d.h. unter Nutzung mindestens eines erfindungsgemäßen Lüfterrads, handelt. Lediglich beispielhaft seien Klimageräte bzw. Präzisions-Klimageräte, Kompakt- Klimakastengeräte, Elektronikkühlungsmodule, Generatorlüftungssysteme für Industrie- und Wohnraum, Wärmepumpe, etc. genannt. Wesentlich für ein erfindungsgemäßes System ist, dass dort mindestens ein erfindungsgemäßer Lüfter mit mindestens einem erfindungsgemäßen Lüfterrad zum Einsatz kommt.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 1 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung einerseits der welligen Ausgestaltung des Lüfterrads und andererseits bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen werden auch im All- gemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In den Figuren zeigen
Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen zur Erörterung der welligen Ausgestaltung des Lüfterrads, im Konkreten
Fig. 1 a eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein
Radiallüfterrad zur Erläuterung der Definition von Iso- Spannweitenflächen,
Fig. 1 b eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Diagonallüfterrad zur Erläuterung der Definition von Iso-Spannweitenflächen,
Fig. 1 c eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein
Axiallüfterrad zur Erläuterung der Definition von Iso- Spannweitenflächen,
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Schnittes einer Iso- Spannweitenfläche mit einem unprofilierten Lüfterflügel,
Fig. 2b eine schematische Darstellung eines Schnittes einer Iso- Spannweitenfläche mit einem profilierten Lüfterflügel,
Fig. 3 eine Darstellung von Funktionsverläufen zur Erläuterung der
Definition der Welligkeit eines Funktionsverlaufs in Spannweitenrichtung,
Fig. 4a eine perspektivische Darstellung eines Axiallüfterrads mit welligen
Lüfterflügeln, wobei deren innere und äußere Enden eine spezielle Gestaltung aufweisen,
Fig. 4b ein Lüfterflügel des Axiallüfterrads nach Fig. 4a, in axialer
Blickrichtung und in einem ebenen Schnitt gesehen, Fig. 5a eine perspektivische Darstellung eines Radiallüfterrads in Blechbauweise mit unprofilierten, welligen Lüfterflügeln, wobei die Flügelflächen nicht wellig sind,
Fig. 5b das Radiallüfterrad nach Fig. 5a, in radialer Blickrichtung und in einem ebenen Schnitt gesehen,
Fig. 6a eine perspektivische Darstellung eines Radiallüfterrads in Blechbauweise mit unprofilierten, welligen Lüfterflügeln, wobei die Flügelflächen wellig sind,
Fig. 6b das Radiallüfterrad nach Fig. 6a, in radialer Blickrichtung gesehen,
Fig. 6c das Radiallüfterrad nach Fig. 6a, in radialer Blickrichtung und in einem ebenen Schnitt gesehen,
Fig. 7a eine perspektivische Darstellung eines Nachleitrads (Stators) mit profilierten, welligen Lüfterflügeln, wobei die Flügelflächen in der Nähe der Flügelvorderkante wellig sind, und
Fig. 7b ein Lüfterflügel des Nachleitrads nach Fig. 7a, in radialer
Blickrichtung und in einem ebenen Schnitt gesehen,
Anhand der Figuren 1a, 1 b und 1 c soll die Definition von Iso-Spannweitenflächen eines Lüfterrads erläutert werden, welche im Folgenden die Grundlage der Definition der Welligkeit eines Lüfterradflügels ist. Iso-Spannweitenflächen sind Rotationsflächen von bestimmten Kurven, im Folgenden als IsoSpan n weiten kurven bezeichnet, welche in einer Meridionalebene liegen, um die zugehörige Lüfterradachse. Es werden dann insbesondere Schnitte von solchen Iso-Spannweitenflächen mit Lüfterflügeln betrachtet.
Figur 1 a zeigt in einer schematischen Darstellung ein Lüfterrad 2 radialer Bauart in einer Ebene durch die Lüfterradachse 1 , welche der Rotationsachse entspricht. Eine solche Ebene wird allgemein als Meridionalebene bezeichnet. Die Lüfterradachse 1 ist in der gewählten Darstellung immer horizontal ausgerichtet. Das beispielhafte Radiallüfterrad besteht im Wesentlichen aus einem Nabenring 4, einem Deckring 5 sowie Lüfterflügeln, welche sich zwischen Nabenring 4 und Deckring 5 erstrecken. Nabenring 4 sowie Deckring 5 sind im Ausführungsbeispiel Rotationskörper in Bezug auf die Lüfterradachse 1. Sie sind im Schnitt durch die Ansichtsebene gepunktet dargestellt, wobei jeweils nur die Hälfte von Nabenring 4 und Deckring 5 oberhalb der Lüfterradachse 1 gezeigt ist. Die Lüfterflügel sind in Form ihrer meridionalen Lüfterflügelfläche 3a gezeigt. Die meridionale Lüfterflügelfläche 3a entspricht der Gesamtheit aller Punkte der meridionalen Schnittebene oberhalb der Lüfterradachse 1 , welche bei wenigstens einer beliebigen Rotationsposition des Lüfterrads 2 um die Lüfterradachse 1 innerhalb eines Lüfterflügels liegen.
Die meridionale Lüfterflügelfläche 3a hat vier Ränder 6, 7, 8 und 9. Der zuströmseitige Rand 6 sowie der abströmseitige Rand 7 stellen die Begrenzung der Lüfterflügelfläche 3a in Durchströmrichtung dar. Der innere Rand 8, welcher zum inneren, nabenringseitigen Ende der Flügel korrespondiert, sowie der äußere Rand 9, welcher zum äußeren, deckringseitigen Ende der Flügel korrespondiert, stellen die Begrenzungen in Spannweitenrichtung dar.
Mit Hilfe des inneren Randes 8 bzw. des äußeren Randes 9 wird die innerste bzw. die äußerste Iso-Spannweitenkurve 10 bzw. 1 1 bei der normierten Spannweitenkoordinate s=0.0 bzw. s=1.0 definiert. Zunächst werden die Ränder 8 bzw. 9 selbst als Abschnitte der entsprechenden Iso-Spannweitenkurven 10, 1 1 genutzt. Damit die gesamte meridionale Lüfterflügelfläche 3a innerhalb des allgemeinen Vierecks liegt, welches durch die beiden Iso-Spannweitenkurven 10 und 1 1 sowie die beiden geraden Strecken 12 und 13, welche jeweils die beiden zuströmseitigen bzw. abströmseitigen Endpunkte selbiger Iso-Spannweitenkurven 10 und 1 1 verbinden, aufgespannt wird, werden bei Bedarf an den zuströmseitigen und/oder abströmseitigen Endpunkten der beiden Ränder 8 und/oder 9 noch ausreichend lange geradlinige, tangential an die Ränder 8, 9 anschließende Verlängerungen angebracht, welche dann ebenfalls Teil der entsprechenden Iso- Spannweitenkurven 10, 1 1 sind. Die gerade Strecke 12 wird als zuströmseitige Iso-Meridionalpositions-Kurve bezeichnet, an welcher der Ursprung für die meridionale Längenposition m definiert wird. Die gerade Strecke 13 wird als abströmseitige Iso-Meridionalpositions-Kurve bezeichnet, an welcher die meridionalen Längenposition m als Wert die Länge der entsprechenden IsoSpan n weiten kurve von der geraden Strecke 12 bis zur geraden Strecke 13 ein- nimmt. Der Wert der meridionalen Längenposition m an einem Punkt zwischen den Strecken 12 und 13 entspricht der Streckenlänge der zugehörigen IsoSpan n weiten kurven von der geraden Strecke 12 bis zum betrachteten Punkt.
Iso-Spannweitenkurven zwischen der innersten und äußersten Iso-Spannweiten- kurve 10 und 1 1 sind an jeder normierten Spannweitenkoordinate s zwischen 0.0 und 1.0 durch eine Linearkombination aus innerster und äußerster Iso-Spann- weitenkurve definiert, wobei die Linearkombination immer für gleiche Werte der Meridionalkoordinate m durchgeführt wird. In Fig. 1 a ist ein Beispiel 14 einer IsoSpan n weiten kurve bei s=0.7 eingezeichnet.
Fig. 1 b zeigt eine schematische Darstellung eines Lüfterrads 2 diagonaler Bauart in einer Meridionalebene. Die Iso-Spannweitenkurven können analog zu den Ausführungen zu Fig. 1 a definiert werden. Im Unterschied zum Beispiel nach Fig. 1a ist in diesem Fall eine Verlängerung der Ränder 8, 9 an deren abströmseitigem Ende nötig, während beim Beispiel nach Fig. 1 a eine Verlängerung der Ränder 8,9 an deren zuströmseitigem Ende nötig ist. Je nach Lüfterradgeometrie kann es auch sein, dass keine Verlängerung nötig ist, oder eine Verlängerung an beiden Enden. Weiter zeigt Fig. 1 c eine schematische Darstellung eines Lüfterrads 2 axialer Bauart in einer Meridionalebene. Ein Deckring ist bei diesem Beispiel nicht vorhanden, der Lüfterflügel hat ein äußeres, freies Ende. Auch hier können die Iso-Spannweitenkurven äquivalent zu den Ausführungen zu Fig. 1 a oder 1 b definiert werden. Die Iso-Spannweitenflächen, welche immer als Rotationsflächen der Iso-Spannweitenkurven um die Lüfterradachse 1 definiert sind, sind im gezeigten Beispiel Zylindermantelflächen, was ein typischer Fall für Axiallüfterräder ist. Es gibt auch Lüfterradgeometrien, insbesondere bei Lüfterflügeln mit freien äußeren Enden, bei denen die Aufteilung des Randes einer meridionalen Lüfterflügelfläche 3a in Begrenzungen 6, 7, 8, 9 nicht eindeutig ist. Insbesondere kann bei manchen Geometrien nicht eindeutig eine innere Begrenzung 8 und/oder eine äußere Begrenzung 9 zugeordnet werden. In solchen Fällen muss die Aufteilung der gesamten Begrenzung der meridionalen Lüfterflügelfläche in endlich lange Begrenzungen 6, 7, 8, 9 im Sinne der Begriffe„zuströmseitig" und „abströmseitig" für die Begrenzungen 6 bzw. 7 sowie „in Spannweitenrichtung innen" und„in Spannweitenrichtung außen" für die Begrenzungen 8 bzw. 9 intuitiv vorgenommen werden. Die Definition der Iso-Spannweitenkurven ist nicht eindeutig, das heißt, für eine Lüfterradgeometrie kann es mehrere im Sinne der beschriebenen Erfindung gültige Definitionen geben. Ein Flügel ist im Sinne der Erfindung wellig, wenn für eine gültige Definition der Iso-Spannweitenkurven die im Folgenden gemachte Definition der Welligkeit zutrifft.
In derselben Art und Weise können Iso-Spannweitenkurven und Iso-Spann- weitenflächen auch für Statoren (beispielsweise Vor- oder Nachleiträder) definiert werden. In den Figuren 2a und 2b sind beispielhaft und schematisch Schnitte 16 von Lüfterflügeln 3 mit Iso-Spannweitenflächen an beliebigen normierten Spannweitenkoordinaten s zwischen 0.0 und 1.0 dargestellt. Solche Schnitte liegen im Allgemeinen nicht auf einer Ebene. Um die schematische Darstellung in einer Ebene zu erreichen, wird eine konforme (winkeltreue) Abbildung benutzt, das heißt, die eingezeichneten Winkel in den Figuren 2a und 2b haben denselben Betrag wie im 3-dimensionalen Schnitt der Iso-Spannweitenflächen mit einem Flügel. Alle Längenangaben der Schnitte bedeuten die tatsächlichen Längen auf der 3- dimensionalen Schnittfläche. Sie sind durch die Abbildung auf die Ebene verzerrt. In Figur 2a ist schematisch der Schnitt 16 eines unprofilierten Flügels 3 mit einer Iso-Spannweitenfläche dargestellt. Im Schnitt ist das 2-dimensionale Koordinatensystem 15 mit den Koordinatenachsen Θ und m am Ursprung (Nullpunkt) eingezeichnet. Θ ist eine Längenkoordinate in Umfangsrichtung des Lüfterrads, und m ist die bereits erklärte Meridionalkoordinate. Der Ursprung (Nullpunkt) hinsichtlich Θ liegt für jede Spannweitenkoordinate s an derselben Winkelposition (derselben Meridionalebene) im lüfterradfesten Koordinatensystem. Der Ursprung (Nullpunkt) hinsichtlich m liegt, wie bei Fig. 1 a-1 c beschrieben, bei der zuströmseitigen Iso- Meridionalpositions-Kurve 12.
Der Flügelschnitt 16 ist maßgeblich durch seine gedachte Mittellinie 17 charakterisiert. Dieser Mittellinie überlagert ist eine Flügeldicke d. Bei unprofilierten Flügeln 3 ist die Dicke d über die meridionale Erstreckung des Flügels im Wesentlichen konstant. Bei solchen Lüfterflügeln ist die Dicke d in der Regel auch für alle Spannweitenkoordinaten s im Wesentlichen konstant. Dies ermöglicht es, den Lüfterflügel kostengünstig aus Metall- oder Kunststoffblech zu fertigen. In der Nähe der Flügelvorderkante 18 weicht die Dicke d im Beispiel von der konstanten Dicke ab, da der Blechflügel dort verrundet ist, was Vorteile bei der Akustik bringen kann. In der Nähe der Flügelhinterkante 19 weist der Dickenverlauf eine Verjüngung auf, was beispielsweise durch Nachbearbeitung eines Blechs konstanter Dicke erreicht werden kann, um den Hinterkantenlärm zu reduzieren. Dennoch wird ein solcher Flügel als un profilierter Blechflügel bezeichnet.
Der Mittelpunkt 20 der Mittellinie 17, welcher bei der halben meridionalen Er- Streckung der Mittellinie 17 von der Flügelvorderkante 18 aus gemessen liegt, hat die Koordinaten mc und Qc. Mit diesen Koordinaten wird die Verschiebung des Schnittes in Meridionalrichtung bzw. in Umfangsrichtung charakterisiert. Der Schnitt 16 hat eine Erstreckung I in Richtung der Meridionalkoordinate m. An der Flügelvorderkante 18 schließt die Mittellinie 17 einen Winkel ß1 mit der Umfangsrichtung ein. An der Flügelhinterkante 19 schließt die Mittellinie 17 einen Winkel ß2 mit der Umfangsrichtung ein. Die Winkel ß1 und ß2 sind maßgeblich für die aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften eines Lüfterrades. Der Mittelwert der beiden Winkel ist ein Maß für den Staffelungswinkel des Flügelschnitts 16, die Differenz der beiden Winkel ist ein Maß für die relative Wölbung des Flügelschnitts 16. Die Erstreckung des Flügelschnitts 16 in Umfangsrichtung hängt maßgeblich von seiner Erstreckung I in Meridionalrichtung und dem Staffelungswinkel, also etwa dem Mittelwert aus ß1 und ß2, ab. In Figur 2b ist schematisch der Schnitt 16 eines profilierten Flügels 3 mit einer Iso- Spannweitenfläche gezeigt. Es gelten weitgehend die Ausführungen zu Fig. 2a. Allerdings ist die Dickenverteilung nicht konstant. Die Dicke ist vielmehr eine Funktion der Meridionalposition m. Im Ausführungsbeispiel ist eine Dickenverteilung vorhanden, die der eines Tragflügelprofils ähnelt. Es gibt bei dem Flügelschnitt 16 eine maximale Dicke dmax. Solche Dickenverteilungen sind charakteristisch für profilierte Lüfterflügel 3. Profilierte Lüfterflügel 3 sind vorteilhaft für Wirkungsgrad und Akustik eines Lüfters. Die Fertigung solcher Lüfterflügel ist allerdings aufwändiger als bei unprofilierten Flügeln, insbesondere bei einer Fertigung aus Blech. Bei profilierten Flügeln können die Dickenverteilung und die maximale Dicke dmax zusätzlich von der Spannweitenkoordinate s abhängen.
Die Flügelschnitte 16 in den Figuren 2a und 2b umfassen vom Flügel 3 ohne Unterbrechung den gesamten Bereich von einer Flügelvorderkante 18 bis zu einer Flügelhinterkante 19. Je nach Lüftergeometrie und Definition der Innersten und Äußersten Iso-Spannweitenkurve kann es insbesondere für normierte Spannweitenkoordinaten s im Bereich der Innersten und/oder Äußersten IsoSpan n weiten kurven vorkommen, dass ein Flügel 3 nur teilweise geschnitten wird, das heißt, dass Schnitte 16 nicht ohne Unterbrechung den gesamten Bereich von einer Flügelvorderkante 18 bis zu einer Flügelhinterkante 19 enthalten. Solche Schnitte 16 werden für die Definition der Welligkeit als irrelevant definiert und der Bereich der betrachteten normierten Spannweitenkoordinaten s wird für die Definition der Welligkeit derart eingeschränkt, dass solche unvollständigen Schnitte nicht vorkommen.
Für die nach den Figuren 2a und 2b definierten geometrischen Größen eines Schnittes 16 eines Lüfterflügels 3 mit einer Iso-Spannweitenfläche kann der Verlauf für einen beliebigen Lüfterflügel 3 als Funktion der normierten Spannweitenkoordinate s betrachtet werden.
Anhand von Figur 3 wird erläutert, wann ein derartiger Funktionsverlauf als wellig definiert ist. Figur 3 zeigt einen Funktionsverlauf 21 einer beliebigen Größe, welche beispielsweise ß1 , ß2, I, mc, 9C, ß1 -ß2, dmax, der Dicke d an einer bestimmten Position m* in Meridionalrichtung oder eine weitere Größe eines Flügelschnittes sein kann, in Abhängigkeit der normierten Spannweitenkoordinate s. Offensichtlich ist der Funktionsverlauf von 21 wellig. Der ebenfalls eingetragene Funktionsverlauf 22 verläuft tendenziell ähnlich zum Funktionsverlauf 21 , ist allerdings nicht wellig. Er wurde durch Filterung des Funktionsverlaufs 21 hergeleitet. Der verwendete Filter ist die Approximation von 21 durch ein Polynom 3. Grades mit der Methode der geringsten Fehlerquadrate im hier relevanten Intervall von s=0.0 bis s=1.0.
Weiter ist die Differenz 23 aus Funktionsverlauf 21 und dem gefilterten Funktionsverlauf 22 dargestellt. Mit Hilfe der Differenzfunktion 23 können geeignete Definitionen von Welligkeit angegeben werden. Insbesondere weist die Differenzfunktion 23 im relevanten Intervall von s=0.0 bis s=1.0 mehrere Extrema auf, vorteilhaft mehr als 4 Extrema. Die Differenzfunktion 23 weist in diesem Intervall mehrere Nulldurchgänge auf, vorteilhaft mehr als 3. Auch weist die Differenzfunktion mehrere Wendepunkte auf, vorteilhaft mehr als 3. Jedes der genannten Kriterien führt für den Funktionsverlauf 21 zur Aussage, dass dieser wellig ist. Es kann an diesem Beispiel auch erkannt werden, dass man, will man ausgehen von einem nicht-welligen Verlauf einer Funktion, zu einem welligen Verlauf gelangen, man den nicht-welligen mit einer geeigneten welligen Funktion ähnlich der Differenzfunktion 23 additiv überlagern kann.
Anhand Figur 3 wird die Wellenlänge λ sowie die Amplitude A einer welligen Funktion definiert. Die Wellenlänge λ ist als Differenz der normierten Spannweitenkoordinate s zwischen einem Nulldurchgang und dem übernächsten Nulldurchgang der Differenzfunktion 23 definiert, λ ist eine dimensionslose Wellenlänge, die in Relation zur normierten Spannweitenkoordinate s zu sehen ist, welche für den gesamten Lüfterflügel von 0.0 bis 1.0 läuft. Deswegen ist die Zahl der Wellen über die Spannweite eines Lüfterflügels etwa 1.0/λ. Es wird weiterhin eine dimensionsbehaftete Wellenlänge Λ eingeführt, welche die Einheit einer Länge hat, und die insbesondere den geometrischen Abstand zweier aufeinander folgender Wellenberge, in Spannweitenrichtung gemessen, als Wert hat. Die Amplitude A entspricht dem Betrag des Funktionswertes eines Extremums der Differenzfunktion 23. λ, Λ und A sind keine Konstanten, sondern können im Verlauf der Differenzfunktion 23 bzw. über einen Lüfterflügel gesehen in einem gewissen Bereich variieren. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Differenzfunktion nicht notwendigerweise einen ähnlichen Verlauf wie eine Sinusfunktion hat. Sie kann auch zackige, stufenförme, sägezahnförmige, kammförmige, zungenförmige oder sonstige Verläufe haben, solange nur die zuvor beschriebene Definition der Welligkeit erfüllt ist.
Generell wird ein Lüfterflügel dann als wellig in Spannweitenrichtung bezeichnet, wenn der Verlauf mindestens einer der Funktionen ß1 , ß2, I, mc, 9C, ß1 -ß2, dmax, ß1 +ß2 oder d(m*) gemäß der gemachten Definitionen wellig ist.
Fig. 4a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lüfterrades 2 axialer Bauart von schräg hinten gesehen. Die Lüfterflügel 3 sind wellig. Die Welligkeit dieser Lüfterflügel 3 wurde durch Überlagerung der Längenkoordinate Oc in Umfangsrich- tung eines nicht welligen Referenzflügels mit einer sinusförmigen Welligkeit der Amplitude 10 mm erreicht. Vorteilhafte Amplituden bei Welligkeiten von Längengrößen sind 3 mm bis 20 mm. Bezogen auf den Lüfterflügel 3 führt dies zu einer Welligkeit der Sichelung und der V-Stellung. Die Welligkeit der Lüfterflügel 3 ist im Ausführungsbeispiel an einer ausgeprägten Welligkeit der Flügelvorderkante 18 und der Flügelhinterkante 19 gut zu erkennen. Bei dieser Art der Welligkeit kann die Amplitude, die der Längenkoordinate Oc überlagert ist, in etwa in der gleichen Größe auch bei der Welligkeit der Flügelvorderkante 18 und der Flügelhinterkante 19 wiedergefunden werden. In Fig. 4b, welche einen Lüfterflügel 3 desselben Lüfterrades 2 in einer geschnittenen Darstellung zeigt, ist zu erkennen, dass sich die Welligkeit durch den gesamten Lüfterflügel 3 fortsetzt. Die gesamte Oberfläche des Lüfterflügels ist wellig. Es verlaufen etwa 4 ΛΑ Wellenlängen über die gesamte spannweitige Er- streckung der Lüfterflügel 3. Vorteilhaft erstrecken sich etwa 3 - 12 Wellenlängen über die gesamte spannweitige Erstreckung von Lüfterflügeln 3. In Fig. 4b ist die Koordinatenrichtung der normierten Spannweite s, welche in der Schnittebene liegt, eingezeichnet. Außerdem ist die dimensionsbehaftete Wellenlänge Λ in Spannweitenrichtung an einer Stelle im Schnitt eingezeichnet. Im Ausführungsbeispiel beträgt diese Wellenlänge etwa 3 cm bei einem maximalen Lüfterrad- durchmessen von 630 mm. Je nach Entwurf können solche Wellenlängen vorteilhaft zwischen 5 mm und 50 mm liegen, oder vorteilhaft zwischen 0.5% und 5% des maximalen Lüfterraddurchmessers. Die Welligkeit der Flügelvorderkante 18 führt zu einer Reduktion insbesondere des tonalen Lärms, welcher infolge von Zuströmstörungen zu einem Lüfterrad im Betrieb entsteht. Die Welligkeit der Sichelung im Beispiel der Figuren 4a und 4b sorgt aerodynamisch gesehen zu einer Welligkeit des Auftriebsbeiwertes. Diese Welligkeit induziert Längswirbel, welche die saugseitige Flügelumströmung stabilisieren und dadurch Strömungsablösungen mit einhergehender Lärmentstehung reduzieren. Durch die Welligkeit der Flügelhinterkante 19 werden Lärmenstehungsmechanismen durch lokale Ablösegebiete bzw. durch die stumpfe Hinterkantengeometrie abgeschwächt. Durch die Welligkeit der Flügeloberfläche wird entstehender und reflektierter Lärm am Flügel stärker gestreut, was zu Vorteilen beim Lärmverhalten des Lüfters führt. Durch die einfache Maßnahme der Überlagerung der Längenkoordinate Qc in Umfangsrichtung mit einer Welligkeit kann das akustische Verhalten eines Lüfters an mehreren ursächlichen Mechanismen verbessert werden. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Welligkeit können ebenfalls den Figuren 4a und 4b entnommen werden. Zum einen ist der äußerste Bereich 26 des axialen Lüfterflügels 3 mit Hilfe der Welligkeit sehr gezielt gestaltet. In diesem Bereich endet der Lüfterflügel 3 mit einer betragsmäßig hohen, negativen Sichelung und V-Stellung. Die äußersten Flügelschnitte sind lokal stark entgegen der Drehrichtung verschoben. Eine solche Gestaltung wirkt sich massiv reduzierend auf den breitbandigen Lärm aus, der infolge der Kopfspaltüberströmung bei einem Axialventilator oft eine bedeutende Schallquelle ist. Insofern übernimmt die beispielhafte Gestaltung die aeroakustische Funktion eines Winglets mit. Man kann auch sagen, Winglet und Welligkeit sind perfekt und nahtlos mit einer einzigen konstruktiven Maßnahme ineinander integriert worden.
Auch im innersten Bereich 25 des Lüfterflügels 3 ist eine sehr gezielte Gestaltung vorgenommen worden. So trifft, wie in Fig. 4b zu erkennen ist, der Lüfterflügel 3 lokal in einem etwa rechten Winkel auf den Nabenring 4. Dies bringt entscheidende Vorteile bei Fügeprozessen zwischen Nabenring 4 und Lüfterflügel 3, insbesondere beim Schweißen. Auch für das Fertigungsverfahren des Kunststoffspritzguss bei der integralen Fertigung eines Lüfterrads 2 ist eine solche Gestaltung von besonderem Vorteil. Des Weiteren werden die Kerbspannungen am Flügelfuß durch eine solche Gestaltung minimiert. Das Auftreffen der Lüfterflügel 3 in einem etwa rechten Winkel, vorzugsweise etwa einem Winkel von 75° bis 1 15°, auf den Nabenring 4 wird durch die Welligkeit erreicht. Der nicht wellige Referenzflügel, der vergleichbare aerodynamische Eigenschaften hat (Wirkungsgrad und Luftleistung), würde in einem erheblich spitzeren Winkel auf den Nabenring 4 auftreffen.
Fig. 5a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lüfterrades 2 radialer Bauart von schräg vorne. Die Lüfterflügel 3 sind wellig. Die Welligkeit dieser Lüfterflügel 3 drückt sich insbesondere in einer Welligkeit der Größen mc (Lage des Flügelschnittes in Richtung der Meridionalkoordinate) und Qc (Lage des Flügelschnittes in Richtung der Umfangslängenkoordinate) aus. Die Erstreckung I der Schnitte in Meridionalrichtung ist nicht wellig. Weitere Größen können dazu noch eine geringer ausgeprägte Welligkeit haben. Die Welligkeit findet sich beim Verlauf der Flügelvorderkante 18 und der Flügelhinterkante 19 wieder. Dadurch wird Vorderkantenlärm aufgrund von Zuströmstörungen sowie Hinterkantenlärm reduziert. Im Beispiel sind über die gesamte Spannweite etwa 7 Vi Wellenlängen vorhanden. Die dimensionsbehaftete Wellenlänge Λ ist im Bereich der Flügelvorderkante 18 tendenziell größer als an der Flügelhinterkante 19, was daran liegt, dass die Flügelvorderkante 18 über die gesamte Spannweite gemessen durch ihren Verlauf deutlich länger ist als die Flügelhinterkante 19.
Aus Fig. 5b, welche den Gegenstand von Fig. 5a in einer radialen Ansicht geschnitten zeigt, wird deutlich, dass die Welligkeit bei diesem Ausführungsbeispiel so gewählt ist, dass die Fläche der Lüfterflügel 3 im Schnitt gesehen nicht wellig ist. Insbesondere ist im Zusammenspiel die Welligkeit von mc und Qc und weiteren Größen derart gewählt, dass diese Fläche, im Schnitt gesehen, nicht wellig ist. Dies führt zu einer geringfügigen Reduktion der akustischen Vorteile infolge der Welligkeit, hat aber fertigungstechnische Vorteile. Es handelt sich bei dem Lüfterrad 2 in diesem Beispiel um ein Lüfterrad mit unprofilierten Lüfterflügeln 3. Die Dicken d der Lüfterflügel 3 sind, wie im ebenen Schnitt 24 eines Lüfterflügels 3 in Fig. 5b zu erkennen ist, im Wesentlichen konstant. Ein solches Lüfterrad ist vorteilhafterweise aus Blech (Metall oder Kunststoff) gefertigt. Die Fertigung von Lüfterflügeln 3 aus Blech ist wesentlich einfacher und kostengünstiger, wenn die Fläche der Lüfterflügel 3 im Schnitt gesehen nicht wellig ist, da die benötigte Verformenergie beim Prägen oder Tiefziehen der Blechflügel in diesem Fall wesentlich geringer ist. Die Welligkeit der Vorder- und Hinterkanten, welche schon allein große akustische Vorteile mit sich bringt, kann fertigungstechnisch beispielsweise durch Beschneiden oder Stanzen realisiert werden.
Fig. 6a zeigt in perspektivischer Ansicht ein Lüfterrad 2 radialer Bauart von schräg vorne gesehen. Die Lüfterflügel 3 sind wellig. Das Lüfterrad 2 im Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5a, 5b. Insbesondere sind die nicht welligen Referenzflügel von gleicher Geometrie. Die Welligkeit dieser Lüfterflügel 3 in diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich allerdings vom vorherigen. Sie drückt sich insbesondere in einer Welligkeit der Größe (ß1 +ß2)/2 aus, also insbesondere einer Welligkeit des Staffelungswinkels. Dabei sind die geometrische Umlenkung (ß1 -ß2), die Koordinaten Qc und mc sowie die meridionale Erstreckung I der Lüfterflügel 3 nicht wellig über die Spannweitenrichtung. Die Amplitude A der Welligkeit von (ß1 +ß2)/2 beträgt etwa 1 °. Die Amplituden von Welligkeiten von Winkelgrößen betragen vorteilhaft 0.5°- 3°. In Fig. 6a ist zu erkennen, dass, verursacht von der beschriebenen Welligkeit, insbesondere die Verläufe von Flügelvorderkanten 18 und Flügelhinterkanten 19 der Lüfterflügel 3 eine ausgeprägte Welligkeit aufweisen, was zu den bereits be- schriebenen akustischen Vorteilen führt.
Fig. 6b zeigt in radialer Seitenansicht den Gegenstand aus Figur 6a. Die Welligkeit der Flügelhinterkanten 19 ist je nach Blickrichtung unterschiedlich stark erkennbar. Da mc und I nicht wellig sind, ist auch die Position der Flügelhinterkanten 19 in Meridionalrichtung gesehen nicht wellig. Dies kann etwa bei der in Fig. 6b sich unten befindlichen Flügelhinterkante 19 nachvollzogen werden. Die Welligkeit von (ß1 +ß2)/2 allerdings führt zu einer Welligkeit der Position in Umfangsrichtung der Flügelhinterkanten 19. In Fig. 6b ist dies besonders ausgeprägt bei der etwa in Bildmitte sich befindlichen Flügelhinterkante 19 zu erkennen. Die Amplitude A dieser Flugelhinterkantenwelligkeit beträgt vorzugsweise 3 mm bis 20 mm, oder 0.5% bis 5% des maximalen Lüfterraddurchmessers. Das für den Verlauf der Flügelhinterkanten 19 beschriebene gilt im Ausführungsbeispiel auch für den Verlauf der Flügelvorderkanten 18.
In Fig. 6b ist außerdem die besonders vorteilhafte Gestaltung der inneren und äußeren Bereiche 25 und 26 der Lüfterflügel 3 des aus Blech gerfertigten Lüfterrades 2 zu erkennen. Durch die spezielle Gestaltung der Welligkeit im inneren Bereich 25 bzw. im äußeren Bereich 26 der Lüfterflügel 3 ist erreicht worden, dass der Flächenwinkel, den der Nabenring 4 bzw. der Deckring 5 mit Lüfterflügeln 3 am Verbindungsbereich einschließen, über weite Bereiche nahe 90° ist. Dies ist sehr vorteilhaft für die Fertigung, insbesondere beim Schweißen von Blechrädern sowie beim Spritzguss von Komplettlüfterrädern. Bei Radiallüfterrädern im Schnittbereich von Deckring 5 und Flügelvorderkanten 18 ist diese Eigenschaft insbesondere für die Akustik vorteilhaft. Diese Rechtwinkligkeit ist erreicht worden, obwohl für die aerodynamische und wirkungsgradoptimierte Vorauslegung, welche durch den nicht welligen Referenzlüfterflügel gekennzeichnet ist, Winkel vorhanden sind, die deutlich spitzer bzw. stumpfer sind. Eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Welligkeit ist dann erreicht, wenn die größte und/oder mittlere betragsmäßige Abweichung von 90° zwischen Lüfterflügeln 3 und Nabenring 4 bzw. Deckring 5 durch die Welligkeit um mindestens 10° reduziert wurde.
Fig. 6c zeigt in einem ebenen Schnitt den Gegenstand aus Figuren 6a, 6b, von radial seitlich gesehen. Auch in den Ebenenschnitten 24 der Flügel ist eine Welligkeit erkennbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist also auch die Oberfläche der Lüfterflügel 3 wellig. Dies führt, wie bereits beschrieben, zu zusätzlichen akustischen Vorteilen. Die Fertigungsweise in Blech ist jedoch erschwert. Das Aufbringen einer relativ hohen Verformenergie zum Prägen oder Tiefziehen der Lüfterflügel ist nötig, insbesondere um die wellige Kontur einzubringen. Außerdem muss gewährleistet sein, dass die Bleche bei einem solchen Verform prozess nicht reißen. Spezielle fließfähige Metall- oder Kunststoffbleche können verwendet werden. Ein ausschlaggebendes Maß für die aufzubringende Verformenergie ist die lokale Wellenamplitude A der Verschiebung der Flügelfläche infolge der Welligkeit relativ zu seiner nicht welligen Referenzposition bezogen auf die dimensionsbehaftete Wellenlänge Λ. Um gute akustische Effekte zu erreichen und dennoch fertigbare Blechschaufeln zu erhalten, hat sich ein Verhältnis Α/Λ im Bereich zwischen 0.03 und 0.3 als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Welligkeit der Lüfterflügel 3 im Beispiel nach Fig. 6a-6c hat die Besonderheit, dass im Bereich des Mittelpunkts der Flügelschnitte in Meridionalrichtung gesehen, also etwa in der Mitte der Lüfterflügel in Meridionalrichtung gesehen, keine oder nur wenig Welligkeit ausgeprägt erscheint (dort erscheint im Schnitt gesehen die Amplitude der Welligkeit null oder nahe null). Am unteren Flügelschnitt 24 in Fig. 6c ist ein solcher mittiger Bereich in etwa geschnitten, weshalb dort die Ausprägung der Welligkeit relativ gering erscheint. Dies liegt insbesondere daran, dass weder mc noch Qc mit einer Welligkeit überlagert sind. Diese Gestaltungsweise ist vor allem bei Lüfterflügeln 3 in Blechbauweise, besonders vorteilhaft. Zum einen ist die starke Ausprägung der Welligkeit auf die hinsichtlich Lärmentstehung wichtigsten Bereiche in der Nähe der Flügelvorderkante 18 und der Flügelhinterkante 19 beschränkt. Im weniger wichtigen Bereich in der Lüfterflügelmitte, in Meridionalrichtung gesehen, ist unnötiger Verformaufwand weitestgehend vermieden. Weiterhin hat der eher nicht oder nur relativ schwach wellige mittige Bereich erhebliche Vorteile, was die Verformung der Lüfterflügel 3 im Betrieb betrifft. Durch das Vorhandensein dieses Bereiches können insbesondere Verformungen in Spannweitenrichtung und etwa senkrecht zur Fläche der Lüfterflügel in bedeutendem Maße reduziert werden. Fig. 7a zeigt in perspektivischer Ansicht ein Lüfterrad 2, welches ein im Betrieb nicht rotierendes Nachleitrad (Stator) ist, von schräg vorne gesehen. Das Lüfterrad 2 hat einen Nabenring 4 und einen Deckring 5, welche durch wellige Lüfterflügel 3 miteinander verbunden sind. Am Nabenring 4 ist ein Befestigungsflansch 28 für einen Motor vorgesehen. Am Deckring 5 ist ein Befestigungsbereich 29 vorgesehen, mit dem das Nachleitrad 2 beispielsweise an einem Gehäuse befestigt werden kann. Die Welligkeit in diesem Ausführungsbeispiel ist durch eine Welligkeit der lokalen Flügeldicke d an einer meridionalen Position m* nahe der Flügelvorderkante 18 konstruiert worden. Sowohl Flügelvorderkante 18 als auch Flügelhinterkante 19 sind nicht wellig. In Fig. 7a kann die Welligkeit der Lüfterflügel 3 an der Welligkeit einiger Ansichtssilhouetten 31 erkannt werden.
Fig. 7b zeigt, von vorn gesehen, den Gegenstand aus Fig. 7a in einem Schnitt an einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse, wobei die axiale Position der Schnittebene in der Nähe der Flügelvorderkanten 18 liegt. In den Schnitten 24 durch Flügel 3 ist die Welligkeit der Dicke sehr deutlich zu erkennen. Es sind über die Spannweitenrichtung etwa 9 Wellenlängen der Welligkeit der lokalen Dicke d vorhanden. Die maximale Amplitude dieser Welligkeit ist etwa 4 mm. Eine solche Ausführungsform wird aufgrund der nicht konstanten Dicke der Lüfterflügel 3 vorteilhaft in Guss gefertigt. Die Lüfterflügel 3 sind dann, wie im Ausführungsbeispiel, vorteilhaft profiliert. Die Welligkeit der Dicke der Lüfterflügel 3 in der Nähe der Vorderkante 18 führt zu einer Reduktion des tonalen Lärms aufgrund von Zuströmstörungen (Vorderkantenlärm). Insofern wird ein vergleichbarer Effekt erzielt wie bei einer welligen Gestaltung einer Flügelvorderkante 18.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lüfterrads wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lüfterrads lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Aus- führungsbeispiele einschränken.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Lüfterradachse
2 Lüfterrad
3 Lüfterflügel
3 a meridionale Lüfterflügelfläche
4 Nabenring
5 Deckring
6 Zuströmseitige Begrenzung
7 Abströmseitige Begrenzung
8 Innere Begrenzung
9 Äußere Begrenzung
10 Innerste Iso-Spannweitenkurve
1 1 Äußerste Iso-Spannweitenkurve
12 Zuströmseitige Iso-Meridionalpositions-Kurve
13 Abströmseitige Iso-Meridionalpositions-Kurve
14 Beispiel einer Iso-Spannweitenkurve bei s=0.7
15 Zweidimensionales Koordinatensystem (9,m)
16 Schnitt eines Flügels mit einer Iso-Spannweitenkurve
17 Mittellinie
18 Flügelvorderkante
19 Flügelhinterkante
20 Mittelpunkt der Mittellinie
21 Wellige Funktion
22 Gefilterte Funktion
23 Differenzfunktion
24 Ebenenschnitt eines Flügels
25 Innerer Bereich eines Flügels
26 Äußerer Bereich eines Flügels
27 Drehrichtung
28 Motorbefestigungsflansch
29 Gehäusebefestigungsbereich
30 Einlaufdüse eines Stators 31 Silhouettenlinie eines Lüfterflügels

Claims

A n s p r ü c h e
1. Lüfterrad für einen Lüfter, mit mindestens zwei wellig ausgeführten Lüfter- flügeln.
2. Lüfterrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Lüfterflügels in einem beliebigen, sich über die Spannweite erstreckenden ebenen Schnitt nicht oder kaum wellig ist, so dass sich die Welligkeit im Wesentlichen auf die Flügelvorder- und Flügelhinterkante bezieht.
3. Lüfterrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Lüfterflügel in mindestens einem sich über die Spannweite erstreckenden ebenen Schnitt gesehen eine Welligkeit aufweisen, die sich vorzugsweise über den ge- samten Lüfterflügel erstreckt.
4. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welligkeit in etwa sinusförmig verläuft, bei Welligkeiten von Längengrößen vorzugsweise mit Amplituden im Bereich von 3 mm bis 50 mm und/oder zwischen 0,5 und 5 % des maximalen Lüfterraddurchmessers und bei Welligkeiten von Winkelgrößen vorzugsweise mit Amplituden im Bereich von 0.3° bis 3°.
5. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass kein Deckring vorhanden ist und der äußerste Bereich des Lüfterflügels (das freie Ende) mit einer negativen Sichelung und ggf. V-Stellung endet.
6. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und/oder äußere Bereich des Lüfterflügels (ein am Nabenring bzw. am Deckring befestigtes Ende) unter einem Winkel von 75° bis 105°, vorzugsweise von etwa 90°, zu dem Nabenring steht, wobei beim nicht welligen Referenzflügel der ensprechende Winkel deutlich spitzer oder stumpfer ist, also nicht im genannten Bereich liegt.
7. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfterflügel aus Blech (Metall oder Kunststoff) gefertigt ist.
8. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das komplette Lüfterrad gußtechnisch (Metall oder Kunststoff) hergestellt ist.
9. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es als Radial-/Diagonal-/Axiallüfterrad oder als Vorleit- oder Nachleitrad ausgeführt ist.
10. Lüfter mit mindestens einem Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
1 1. Lüfter nach Anspruch 10, mit mindestens einem weiteren, für sich gesehen bekannten Lüfterrad gemäß Stand der Technik.
12. System mit mindestens einem Lüfter nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , wobei es sich bei dem System beispielsweise um ein (Präzisions-)Klimagerät, ein Kompakt-/Klimakastengerät, ein Elektronikkühlungsmodul, ein Generatorlüftungssystem ein Industrie- oder Wohnraumkühlgerät, eine Wärmepumpe, etc. handeln kann.
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