EP3607210A1 - Radiallüfter - Google Patents

Radiallüfter

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EP3607210A1
EP3607210A1 EP18714239.3A EP18714239A EP3607210A1 EP 3607210 A1 EP3607210 A1 EP 3607210A1 EP 18714239 A EP18714239 A EP 18714239A EP 3607210 A1 EP3607210 A1 EP 3607210A1
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EP
European Patent Office
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distance
cross
axis
end wall
sectional area
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EP18714239.3A
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English (en)
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EP3607210B1 (de
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Peter Ragg
Christian Moosmann
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Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • Radial fan The present invention relates to a Radiallüf ⁇ ter with a rotatable fan wheel about an axis, comprising a base plate and abste ⁇ rising from the base plate air vanes.
  • a radial ⁇ fan are described in DE 10 2006 057 086 AI.
  • a cover is placed on the edges facing away from the base plate of the air blades, which rotates together with the base plate and the air blades and limits together with the base plate a flow channel through which air is pumped by the rotation of the fan wheel.
  • Such an air blade is ver ⁇ expensive to manufacture, since it must be assembled from several parts, and has a rather high moment of inertia.
  • the edges of the air blades are un ⁇ indirectly opposite an end wall, which is not connected to the fan and does not rotate together with him.
  • Such an open fan is easier and cheaper to manufacture and has a lower moment of inertia than the fan with a lid.
  • a gap must be kept free between both, taking into account manufacturing tolerances of sufficient width.
  • the flow velocity of the air is low. The larger the distance between the air blades and the end wall, the wider the transition zone between the end wall and the air blades, in which only low flow velocities are achieved, which affects the efficiency of the fan. In extreme cases, under the influence of a backpressure, the direction of flow in the transition zone can even be reversed, which leads to further losses of efficiency.
  • the object of the invention is to provide a radial fan, which is simple and inexpensive to manufacture, yet highly efficient.
  • the object is achieved by providing in a radial fan with an axis rotatable impeller comprising a base plate and extending from the base plate air blades, wherein the air blades each have an upstream edge at a first distance from the axis and a downstream edge at a second distance from the axis, and an end wall defining together with the base plate a flow passage in which the air blades engage, the cross sectional area of the flow passage between the upstream and downstream edges at a third distance from the axis passes through a maximum and the difference between a fourth and a fifth distance, at which the cross-sectional area in each case assumes the minima closest to the maximum, is at least half the difference between the first and the second distance.
  • the difference between the fourth distance and the second distance should be smaller than the difference between the third distance and the fourth distance.
  • the former Diffe ⁇ ence may be zero, that is, the minimum can with the downstream edges of the air blades coincide.
  • the difference between the cross-sectional areas need not be large in order to observe a significant effect, it is sufficient if the cross-sectional area at the fourth distance is 4% smaller than at the third distance. A difference of 10% or more may cause a disturbance in the flow rate.
  • the difference between the third distance and the fifth distance should be at least a quarter of the difference between the first and the second distance.
  • the cross-sectional area at the fifth distance may be smaller than at the fourth distance; it may differ from the third distance by more than 8%.
  • the radius of curvature of the end wall in the radial section between the first and the second distance preferably nowhere less than a quarter of the first distance.
  • the maximum of the cross-sectional area may be due to a concave in the radial section surface area of the End wall to be formed at the third distance from the axis.
  • the minimum radius of curvature of this concave upper ⁇ surface region is preferably greater than that of the entire end wall, it may in particular be chosen at least equal to the first distance.
  • the air blades may each have a projection engaging the concave surface area at the third distance from the axis.
  • the cross-sectional area can be defined and calculated in different ways; an easily handled definition here is the product of a distance from the axis and the measured at this distance axial distance between the end wall and the base plate.
  • the fan can be manufactured inexpensively by one-piece molding, in particular by injection molding.
  • the end wall may be part of a housing which forms a wheel chamber enclosing the fan wheel.
  • the wheel chamber may further comprise a blowing air duct extending around the fan wheel, in which the air conveyed by the fan wheel can accumulate.
  • An overpressure in the blast air duct can be used to cool an engine by starting a cooling air duct from the blast air duct. To make the air flow in the cooling air passage as possible un ⁇ depending on the pressure in the blow air channel, which used to cool the engine air is fed back purpose ⁇ carried out in the wheel well.
  • an opening of the cooling air duct can be arranged in the wheel chamber with respect to the base plate of the blade wheel.
  • FIG. 1 shows a radial section through a radial fan according to the invention
  • FIG. 2 shows an axial section through a wheel chamber of the radial fan from FIG. 1;
  • FIG. 1 shows a radial section through a radial fan according to the invention
  • FIG. 2 shows an axial section through a wheel chamber of the radial fan from FIG. 1;
  • FIG. 1 shows a radial section through a radial fan according to the invention
  • FIG. 3 shows an enlarged radial section through a fan wheel and an end wall of the radial fan from FIG. 1;
  • Fig. 4 curves of the pressure increase and the efficiency of the invention and a conventional radial fan.
  • FIG. 1 shows a radial fan according to the invention in section along a rotation axis 1 of its fan wheel 2. It can be seen shaft 3, rotor 4 and stator 5 of an electric motor 6 and a ladder plate 7, which carries an inverter for supplying the motor 6, enclosed in an inner housing 8.
  • the inner housing 8 comprises a Be ⁇ cher 9, which receives the motor 6 and the printed circuit board 7, and a lid 10, the cup 9 closes and protrudes through the central opening of the shaft 3.
  • An outer housing 11 comprises a bottom plate 12, an outer wall 13, an annular intermediate wall 14 and an end wall 15.
  • the bottom plate 12 is connected to the outer wall 13 via an elastic buffer ring 16 to a second, outer cup forming the inner cup 9 to form an annularly around the inner cup 9 and the motor 6 extending cooling air channel 17 receives.
  • the outer wall 13 has on its inside two shoulders 18, 19, at which their diameter is reduced to the bottom plate 12 out.
  • the Zvi ⁇ rule wall 14 is inserted into the reverse ⁇ surrounded by the outer wall 13 of the cavity such that an edge of the intermediate wall 14 on the ground-level shoulder 18 lies on ⁇ . In this position, the outer wall 13 and the intermediate wall 14 together define a blow ⁇ air duct 20, the bottom of which forms the shoulder 19.
  • the air blowing duct 20 extends with a gradually increasing cross ⁇ cut around the shaft 1 and goes to a revolution about the Axis 1 in a tangentially branching outlet channel 21 via.
  • a passage 22 is recessed at the bottom of Blasluftkanals 20 between the outer wall 13 and the intermediate wall 14, which connects the Blas ⁇ air duct 20 with the cooling air passage 17.
  • the cover 10 of the inner housing 8 engages in a central opening of the intermediate wall 14. Between the cover 10 and the intermediate wall 14, a further elastic buffer ring 23 extends. The inner housing 8 is damped by the buffer rings 16, 23 against the outer wall 13, so that vibrations of the motor 6 are transmitted to the environment as a structure-borne noise only to a small extent ,
  • the end wall 15 is latched onto the outer wall 13 with the aid of claws 24 (see FIGS. 2, 3), which surround the projections of the outer wall 13.
  • the end wall 15 defines together with the outer wall 13, the intermediate wall 14 and the cover 10, a wheel chamber 25.
  • the wheel chamber 25 houses the plugged onto one end of the shaft 3 fan wheel 2.
  • the intermediate wall 14 has one or more openings facing away from the outlet channel 21 end of the blown air duct 20, communicating with the cooling air passage 17 openings 27. These openings 27 are in The representation of Fig. 2 hidden by the fan 2 and therefore shown with dashed lines.
  • the rotation of the impeller 2 generates a higher pressure before the passage 22 than at the openings 27, so that air enters via the passage 22 in the cooling air passage 17, there absorbs waste heat of the motor 6 and then returns via the openings 27 in the wheel chamber 25.
  • a radial wall 28 between the cup 9 and the outer wall 13 passes through the cooling air channel 17 and forces the air sucked ⁇ on the way from the passage 22 to the openings 27, the cup 9 almost completely to ⁇ round.
  • the fan 2 includes a base plate 29 which defines a flow channel 30 together with the end wall 15, in which the air is driven by the rotation of the impeller 2 radially outward, and a plurality of air blades 31 facing from one of the end wall 15 Surface of the base ⁇ plate 29 protrude into the flow channel 30 into it.
  • the air blades 31 have the shape of ribs, which extend in the radial direction in each case from a radially inner, upstream edge 32 to a downstream edge 33 and the end wall 15 at a short distance opposite elongated apex edge 34 on ⁇ have.
  • the upstream edges 32 and downstream edges 33 of the air blades 31 lie on circles about the axis 1 with radii rl, r2.
  • the surface of the base plate 29 has in an annular region 35 between the two circles in approximately the shape of a centering on the axis 1 ⁇ th hyperboloid of revolution. If this area 35, the flow passage from the air ⁇ th cross-sectional area of the flow passage 30 would be con stant ⁇ , then the air in this flow passage 30 may flow at a constant rate radially outwardly. In fact, you would have to choose a cross-sectional area of a surface on which the flow direction of the air at all points is perpendicular ⁇ right. To find such a surface, erfor ⁇ changed complex simulations.
  • the opening angle of such a cone between rl and r2 does not change significantly and are not important from ⁇ solute cross-sectional areas but only on their ratio, a further simplification can be made and the cone will be replaced by a cylindrical surface, ie As a measure of the cross-sectional area, the product is taken from the distance measured in the direction of the axis 1 between the base plate 29 and the end wall 15 and the distance r of the location of the measurement from the axis 1.
  • a course of the end wall 15, which would meet the requirement for a constant cross-sectional area is shown in the enlarged section of FIG. 3 as a dashed contour 36.
  • this contour 36 solves tangentially from the real surface of the end wall 15 at a point 37 to first extend to a point 38 through the Ma ⁇ material of the end wall 15; from the point 38 it passes through the flow channel 30, to she meets again at a point 39 on the surface of the end wall 15.
  • the cross-sectional area of the flow channel 30 is smaller between the points 37 and 38 and larger between the points 38, 39 than at the points 37, 38, 39.
  • a graph in the lower right corner of FIG. 3 quantitatively shows the cross-sectional area A of the flow channel 30 as a function of the distance r from the axis 1, where the cross-sectional area at the distance r2 of the downstream edges 33 is arbitrarily set equal to one.
  • Starting from an initial ⁇ value close to 1 at small distances close rl area A first decreases to a minimum at r5, to then reach at r3 a maximum and strive towards from there again a minimum of ⁇ sen distance r4 here with the distance r2 of the downstream edges 33 matches.
  • the Ab ⁇ stood r4 r5 between the two minima here corresponds to about two-thirds the distance r2-rl between the edges 33, 32.
  • the cross-sectional reduction of r3 to r4 is much slower than the increase of r5-r3, so although the Difference of the cross-sectional areas between r5 and r3 is greater than between r3 and r4, the distance r3-r5 is significantly smaller than r4-r3.
  • the end wall 24 has a concavely curved surface area 41 between surface regions 40, 42 which are convexly curved in the radial section.
  • the radius of curvature of the entire end wall 24 should not be too small to an abrupt deflection of Avoid air and vortex formation.
  • the smallest value Rl of the radius of curvature is reached here at the distance r5, it is Rl> 0.5 rl.
  • the minimum radius of curvature R2 of the concave area 41 is even greater, for him R2> rl.
  • Projections 43 of the air blades 31 oppose the surface region 41, so that the width of a gap between the vertex edges 34 of the air blades 31 and the end wall 24 remains substantially constant over the entire length of the vertex edges 34.
  • Fig. 4 shows measured curves ⁇ , ⁇ 'of the pressure increase and ⁇ , ⁇ ' efficiency as a function of the volume menstroms for an inventive radial fan, comprising a front wall thereof shown 15 in Fig. 3 below ⁇ differently curved surface portions 40, 41, 42, and for an equally sized radial fan with hyperboloid-shaped end wall and constant cross-section of the flow channel.
  • the conventional radial fan reaches according to the curve ⁇ 'its optimum efficiency of about 21% at a flow rate of about 270 1 / min.
  • the efficiency of the fan according to the invention is greater than 30% according to the curve ⁇ , and thus the maximum of the efficiency has not yet been reached.
  • At low volumetric flows up to and including the optimum efficiency of the fan according to the invention also significantly greater pressure increases can be achieved, as shown by the curves ⁇ , ⁇ '. reference numeral

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Abstract

Ein Radiallüfter umfasst ein um eine Achse (1) drehbares Lüfterrad (2), das eine Grundplatte (29) und von der Grundplatte (29) abstehende Luftschaufeln (31) umfasst, wobei die Luftschaufeln (31) jeweils eine stromaufwärtige Kante (32) in einem ersten Abstand (r1) von der Achse (1) und eine stromabwärtige Kante (33) in einem zweiten Abstand (r2) von der Achse (1) aufweisen, und eine Stirnwand (15), die zusammen mit der Grundplatte (29) einen Strömungskanal (30) begrenzt, in den die Luftschaufeln (31) eingreifen. Die Querschnittsfläche (A) des Strömungskanals (30) durchläuft zwischen der stromaufwärtigen (32) und der stromabwärtigen Kante (33) in einem dritten Abstand (r3) von der Achse (1) ein Maximum. Die Differenz zwischen einem vierten (r4) und einem fünften Abstand (r5), an denen die Querschnittsfläche (A) jeweils zu dem Maximum nächstbenachbarte Minima annimmt, beträgt wenigstens die Hälfte der Differenz (r2-r1) zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand.

Description

Radiallüfter Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radiallüf¬ ter mit einem um eine Achse drehbaren Lüfterrad, das eine Grundplatte und von der Grundplatte abste¬ hende Luftschaufeln umfasst. Verschiedene Ausgestaltungen eines solchen Radial¬ lüfters sind in DE 10 2006 057 086 AI beschrieben. Bei manchen Ausgestaltungen ist auf die von der Grundplatte abgewandten Kanten der Luftschaufeln ein Deckel aufgesetzt, der gemeinsam mit der Grund- platte und den Luftschaufeln rotiert und zusammen mit der Grundplatte einen Strömungskanal begrenzt, durch den durch die Drehung des Lüfterrades Luft gepumpt wird. Eine solche Luftschaufel ist ver¬ gleichsweise aufwendig zu fertigen, da sie aus meh- reren Teilen zusammengefügt werden muss, und hat ein eher hohes Trägheitsmoment. Bei anderen Ausgestaltungen liegen die Kanten der Luftschaufeln un¬ mittelbar einer Stirnwand gegenüber, die nicht mit dem Lüfterrad verbunden ist und nicht zusammen mit ihm rotiert. Ein solches offenes Lüfterrad ist einfacher und kostengünstiger zu fertigen und hat ein niedrigeres Trägheitsmoment als das Lüfterrad mit Deckel. Um bei einem solchen Lüfterrad nicht einen Kontakt zwischen den Kanten der Luftschaufeln und der ihnen gegenüberliegenden nicht rotierenden Stirnwand auszuschließen, muss zwischen beiden ein Spalt von unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen ausreichender Breite freigehalten werden. In unmittelbarer Nähe der nicht rotierenden Stirnwand ist die Strömungsgeschwindigkeit der Luft gering. Je größer der Abstand zwischen den Luftschaufeln und der Stirnwand, umso breiter ist die Übergangszone zwischen Stirnwand und den Luftschaufeln, in der nur niedrige Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden, was den Wirkungsgrad des Lüfters beeinträchtigt. Im Extremfall kann es unter dem Ein- fluss eines Gegendrucks sogar zu einer Umkehrung der Strömungsrichtung in der Übergangszone kommen, was zu weiteren Wirkungsgradeinbußen führt.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Radiallüfter zu schaffen, der einfach und günstig zu fertigen und dennoch hoch effizient ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Radiallüfter mit einem um eine Achse drehbaren Lüfterrad, das eine Grundplatte und von der Grundplatte abstehende Luftschaufeln umfasst, wobei die Luftschaufeln jeweils eine stromaufwärtige Kante in einem ersten Abstand von der Achse und eine stromabwärtige Kante in einem zweiten Abstand von der Achse aufweisen, und einer Stirnwand, die zusammen mit der Grundplatte einen Strömungskanal begrenzt, in den die Luftschaufeln eingreifen, die Querschnittsfläche des Strömungskanals zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Kante in einem dritten Abstand von der Achse ein Maximum durchläuft und die Differenz zwischen einem vierten und einem fünften Abstand, an denen die Querschnittsfläche jeweils zu dem Maximum nächstbenachbarte Minima annimmt, wenigstens die Hälfte der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand beträgt.
Wenn man die verzögernde Wirkung der stationären Stirnwand auf den von dem rotierenden Lüfterrad angetriebenen Luftstrom unberücksichtigt lässt, müss- te man annehmen, dass eine ideale Effizienz des Lüfterrades eigentlich dann zu erreichen sein müss- te, wenn der freie Querschnitt eines Weges, auf dem die Luft durch den Lüfter strömt, über die gesamte Länge des Weges hinweg gleich bliebe, so dass die Luft den ganzen Weg mit gleichbleibender Geschwindigkeit ohne Stauverluste zurücklegen kann. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dies bei einem Radiallüfter, in dem der Strömungskanal durch eine stationäre Stirnwand begrenzt ist, nicht der Fall ist, und dass ein besserer Wirkungsgrad erreichbar ist, wenn der freie Querschnitt des Weges wie oben definiert zwischen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Kanten der Luftschaufeln ein Maximum durchläuft und der Abstand zwischen dieses Ma¬ ximum in Strömungsrichtung der Luft beiderseits umgebenden Minima der Querschnittsfläche groß genug ist, damit zwischen dem Ort des Maximums und den Kanten der Luftschaufeln Platz für eine allmähliche, von turbulenzfördernden Stufen freie Querschnittsveränderung ist.
Eine sichere hydrodynamische Erklärung für diese Beobachtung steht derzeit noch aus. Versuchsweise kann die Beobachtung folgendermaßen erklärt werden: In einem Strömungskanal mit gleichbleibendem Quer¬ schnitt verläuft der Druckgradient entgegen der Strömungsrichtung. Luft, die nah an der stationären Stirnwand nicht ausreichend von den Luftschaufeln angetrieben wird, neigt daher dazu, einen Kurzschlussstrom zu bilden, der an der Stirnwand entlang dem Druckgradienten folgend zum Einlass des Lüfters verläuft. Am Ort des Querschnittsmaximums steht gewissermaßen mehr Luftschaufelfläche zum An¬ treiben des Luftstroms zur Verfügung als davor oder dahinter im Strömungskanal. Da sie somit besonders schnell vom Ort des Maximums weggepumpt wird, ist der Druck dort relativ niedrig, und der Druckgradi¬ ent verläuft nicht tangential zur Stirnwand, son¬ dern weist schräg zur Stirnwand in den Strömungska¬ nal hinein. Anstatt zum Eingang zu strömen, wird die von den Luftschaufeln nicht ausreichen erfasste Luft durch den Druckgradienten von der Stirnwand fort und in Reichweite der Luftschaufeln abgelenkt und so der Kurzschlussstrom unterbrochen bzw. un¬ terdrückt. Insbesondere bei Kleinlüftern, bei denen aufgrund unvermeidlicher Fertigungstoleranzen der Abstand zwischen der Stirnwand und gegenüberliegen¬ den Kanten der Luftschaufeln ein relativ großer Bruchteil der axialen Ausdehnung des Strömungskanals ist, sind so massive Verbesserungen des Wirkungsgrads erreichbar.
Die Differenz zwischen dem vierten Abstand und dem zweiten Abstand sollte kleiner sein als die Differenz zwischen dem dritten Abstand und dem vierten Abstand. Im Extremfall kann die erstgenannte Diffe¬ renz Null sein, d.h. das Minimum kann mit den stromabwärtigen Kanten der Luftschaufeln zusammenfallen .
Der Unterschied zwischen den Querschnittsflächen muss nicht groß sein, um einen deutlichen Effekt zu beobachten, genügt es, wenn die Querschnittsfläche am vierten Abstand um 4% kleiner ist als am dritten Abstand. Ein Unterschied von 10% oder mehr kann zu einer störenden Beeinträchtigung des Volumenstroms führen .
Genauso wie die Querschnittsfläche stromabwärts vom Maximum allmählich abnehmen sollte, um Turbulenz zu vermeiden, nimmt sie vorzugsweise vor dem Maximum allmählich zu. Deswegen sollte auch die Differenz zwischen dem dritten Abstand und dem fünften Abstand, der kleiner als der dritte Abstand ist, wenigstens ein Viertel der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand betragen.
Die Querschnittsfläche am fünften Abstand kann kleiner sein als am vierten Abstand; sie kann von der des dritten Abstands um mehr als 8% abweichen.
Um turbulenzfördernde abrupte
Querschnittsänderungen auszuschließen ist, der Krümmungsradius der Stirnwand im radialen Schnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand vorzugsweise nirgends kleiner als ein Viertel des ersten Abstands.
Das Maximum der Querschnittsfläche kann durch einen im radialen Schnitt konkaven Oberflächenbereich der Stirnwand im dritten Abstand von der Achse gebildet sein .
Der minimale Krümmungsradius dieses konkaven Ober¬ flächenbereichs ist vorzugsweise größer als der der gesamten Stirnwand, er kann insbesondere mindestens gleich dem ersten Abstand gewählt sein.
Um den Kurzschlussstrom wirksam zu unterbrechen, können die Luftschaufeln im dritten Abstand von der Achse jeweils einen in den konkaven Oberflächenbereich eingreifenden Vorsprung aufweisen.
Die Querschnittsfläche kann auf unterschiedliche Weise definiert und berechnet werden; eine bequem handhabbare Definition ist hier das Produkt aus einem Abstand von der Achse und der in diesem Abstand gemessenen axialen Entfernung zwischen Stirnwand und Grundplatte.
Das Lüfterrad kann kostengünstig durch einteiliges Abformen, insbesondere durch Spritzguss, gefertigt werden .
Die Stirnwand kann Teil eines Gehäuses sein, das eine das Lüfterrad umschließende Radkammer bildet. Die Radkammer kann ferner einen sich rund um das Lüfterrad erstreckenden Blasluftkanal umfassen, in dem sich die vom Lüfterrad geförderte Luft stauen kann .
Ein Überdruck im Blasluftkanal kann zum Kühlen eines Motors genutzt werden, indem ein Kühlluftkanal von dem Blasluftkanal ausgeht. Um den Luftdurchsatz im Kühlluftkanal möglichst un¬ abhängig vom Überdruck im Blasluftkanal zu machen, wird die zum Kühlen des Motors genutzte Luft zweck¬ mäßigerweise in die Radkammer zurückgespeist.
Um ein ausreichendes Druckgefälle im Kühlluftkanal sicherzustellen, kann eine Einmündung des Kühlluftkanals in die Radkammer gegenüber der Grundplatte des Schaufelrades angeordnet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefüg¬ ten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen radialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Radiallüfter; Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine Radkammer des Radiallüfters aus Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten radialen Schnitt durch ein Lüfterrad und eine Stirnwand des Ra- diallüfters aus Fig. 1;
Fig. 4 Messkurven der Druckerhöhung und des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen und eines herkömmlichen Radiallüfters.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Radiallüfter im Schnitt entlang einer Drehachse 1 seines Lüfterrades 2. Man erkennt Welle 3, Rotor 4 und Stator 5 eines Elektromotors 6 sowie eine Leiter- platte 7, die einen Wechselrichter zur Versorgung des Motors 6 trägt, eingeschlossen in ein inneres Gehäuse 8. Das innere Gehäuse 8 umfasst einen Be¬ cher 9, der den Motor 6 und die die Leiterplatte 7 aufnimmt, und einen Deckel 10, der den Becher 9 verschließt und durch dessen zentrale Öffnung die Welle 3 vorspringt.
Ein äußeres Gehäuse 11 umfasst eine Bodenplatte 12, eine Außenwand 13, eine ringförmige Zwischenwand 14 und eine Stirnwand 15. Die Bodenplatte 12 ist mit der Außenwand 13 über einen elastischen Pufferring 16 zu einem zweiten, äußeren Becher verbunden, der den inneren Becher 9 unter Ausbildung eines sich ringförmig um den inneren Becher 9 und den Motor 6 erstreckenden Kühlluftkanals 17 aufnimmt.
Die Außenwand 13 weist an ihrer Innenseite zwei Schultern 18, 19 auf, an der sich ihr Durchmesser jeweils zur Bodenplatte 12 hin vermindert. Die Zwi¬ schenwand 14 ist in den von der Außenwand 13 umge¬ benen Hohlraum so eingeschoben, dass eine Kante der Zwischenwand 14 auf der bodennahen Schulter 18 auf¬ liegt. In dieser Stellung begrenzen die Außenwand 13 und die Zwischenwand 14 gemeinsam einen Blas¬ luftkanal 20, dessen Boden die Schulter 19 bildet.
Wie in Fig. 2 zu erkennen, die einen Schnitt durch den Radiallüfter entlang einer in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittebene zeigt, erstreckt sich der Blasluftkanal 20 mit allmählich zunehmendem Quer¬ schnitt um die Welle 1 und geht nach einem Umlauf um die Achse 1 in einen tangential abzweigenden Auslasskanal 21 über. Am Übergang vom Blasluftkanal 20 zum Auslasskanal 21 ist am Boden des Blasluftkanals 20 zwischen der Außenwand 13 und der Zwischenwand 14 ein Durchgang 22 ausgespart, der den Blas¬ luftkanal 20 mit dem Kühlluftkanal 17 verbindet.
Wie wiederum in Fig. 1 gezeigt, greift der Deckel 10 des inneren Gehäuses 8 in eine zentrale Öffnung der Zwischenwand 14 ein. Zwischen dem Deckel 10 und der Zwischenwand 14 erstreckt sich ein weiterer elastischer Pufferring 23. Das innere Gehäuse 8 ist durch die Pufferringe 16, 23 gegenüber der Außenwand 13 schwingungsgedämpft, so dass Schwingungen des Motors 6 nur in geringem Umfang als Körperschall an die Umgebung weitergegeben werden.
Am von der Bodenplatte 12 abgewandten Rand der Außenwand 13 ist die Stirnwand 15 auf die Außenwand 13 mit Hilfe von Klauen 24 (s. Fig. 2, 3) aufgerastet, die Vorsprünge der Außenwand 13 umgreifen. Die Stirnwand 15 begrenzt zusammen mit der Außenwand 13, der Zwischenwand 14 und dem Deckel 10 eine Radkammer 25. Die Radkammer 25 beherbergt das auf ein Ende der Welle 3 aufgesteckte Lüfterrad 2. Durch dessen Drehung wird in an sich bekannter Weise Luft über eine zentrale Einlassöffnung 26 der Stirnwand 15 in die Radkammer 25 eingesaugt, radial nach außen in den Blasluftkanal 20 getrieben und über dessen Auslasskanal 21 wieder ins Freie abge¬ geben .
Die Zwischenwand 14 hat eine oder mehrere zum vom Auslasskanal 21 abgewandten Ende des Blasluftkanals 20 benachbarte, mit dem Kühlluftkanal 17 kommunizierende Öffnungen 27. Diese Öffnungen 27 sind in der Darstellung der Fig. 2 durch das Lüfterrad 2 verdeckt und deshalb mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Drehung des Lüfterrades 2 erzeugt vor dem Durchgang 22 einen höheren Druck als an den Öffnungen 27, so dass Luft über den Durchgang 22 in den Kühlluftkanal 17 eintritt, dort Abwärme des Motors 6 aufnimmt und dann über die Öffnungen 27 in die Radkammer 25 zurückkehrt. Eine radiale Wand 28 zwischen dem Becher 9 und der Außenwand 13 durchteilt den Kühlluftkanal 17 und zwingt die an¬ gesaugte Luft, auf dem Weg vom Durchgang 22 zu den Öffnungen 27 den Becher 9 nahezu vollständig zu um¬ runden .
Das Lüfterrad 2 umfasst eine Grundplatte 29, die zusammen mit der Stirnwand 15 einen Strömungs kanal 30 begrenzt, in dem die Luft durch die Drehung des Lüfterrades 2 radial nach außen getrieben wird, und eine Vielzahl von Luftschaufeln 31, die von einer der Stirnwand 15 zugewandten Oberfläche der Grund¬ platte 29 in den Strömungskanal 30 hinein abstehen. Die Luftschaufeln 31 haben die Form von Rippen, die sich im Wesentlichen in radialer Richtung jeweils von einer radial inneren, stromaufwärtigen Kante 32 zu einer stromabwärtigen Kante 33 erstrecken und eine der Stirnwand 15 in geringer Entfernung gegenüberliegende langgestreckte Scheitelkante 34 auf¬ weisen. Die stromaufwärtigen Kanten 32 und stromabwärtigen Kanten 33 der Luftschaufeln 31 liegen auf Kreisen um die Achse 1 mit Radien rl, r2. Die Oberfläche der Grundplatte 29 hat in einem ringförmigen Bereich 35 zwischen den zwei Kreisen in etwa die Gestalt eines auf die Achse 1 zentrier¬ ten Rotationshyperboloids. Wenn diesem Bereich 35 die von der Luft durchström¬ te Querschnittsfläche des Strömungskanals 30, kon¬ stant wäre, dann könnte die Luft in diesem Strömungskanal 30 mit konstanter Geschwindigkeit radial nach außen fließen. Genau genommen müsste man als Querschnittsfläche eine Fläche wählen, auf der die Strömungsrichtung der Luft an allen Punkten senk¬ recht steht. Eine solche Fläche zu finden, erfor¬ dert aufwendige Simulationen. Näherungsweise könnte man sie durch eine Kegelfläche ersetzen, die die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Grund¬ platte 29 und der Stirnwand 15 unter dem gleichen Winkel schneidet. Da sich im hier betrachteten Fall der Öffnungswinkel eines solchen Kegels zwischen rl und r2 nicht wesentlich ändert und es nicht auf ab¬ solute Querschnittsflächen sondern nur auf deren Verhältnis zueinander ankommt, kann eine weitere Vereinfachung vorgenommen und die Kegel- durch eine Zylinderfläche ersetzt werden, d.h. als Maß für die Querschnittsfläche wird das Produkt aus in Richtung der Achse 1 gemessener Entfernung zwischen der Grundplatte 29 und der Stirnwand 15 und Abstand r des Orts der Messung von der Achse 1 genommen.
Ein Verlauf der Stirnwand 15, der die Anforderung nach gleichbleibender Querschnittsfläche erfüllen würde, ist in dem vergrößerten Schnitt der Fig. 3 als gestrichelte Kontur 36 eingezeichnet. Wie man sieht, löst sich diese Kontur 36 tangential von der realen Oberfläche der Stirnwand 15 an einem Punkt 37, um zunächst bis zu einem Punkt 38 durch das Ma¬ terial der Stirnwand 15 zu verlaufen; ab dem Punkt 38 verläuft sie durch den Strömungskanal 30, bis sie an einem Punkt 39 wieder auf die Oberfläche der Stirnwand 15 trifft. Dementsprechend ist die Querschnittsfläche des Strömungskanals 30 zwischen den Punkten 37 und 38 kleiner und zwischen den Punkten 38, 39 größer als an den Punkten 37, 38, 39.
Ein Diagramm in der unteren rechten Ecke von Fig. 3 zeigt quantitativ die Querschnittsfläche A des Strömungskanals 30 als Funktion des Abstands r von der Achse 1, wobei die Querschnittsfläche beim Abstand r2 der stromabwärtigen Kanten 33 willkürlich gleich 1 gesetzt ist. Ausgehend von einem Anfangs¬ wert nahe 1 bei kleinen Abständen nahe rl nimmt die Fläche A zunächst ab bis zu einem Minimum bei r5, um anschließend bei r3 ein Maximum zu erreichen und von dort aus wieder einem Minimum zuzustreben, des¬ sen Abstand r4 hier mit dem Abstand r2 der stromabwärtigen Kanten 33 übereinstimmt. Der Ab¬ stand r4-r5 zwischen den beiden Minima entspricht hier etwa zwei Dritteln des Abstands r2-rl zwischen den Kanten 33, 32. Die Querschnittsabnahme von r3 nach r4 ist erheblich langsamer als die Zunahme von r5 bis r3, so dass, obwohl die Differenz der Querschnittsflächen zwischen r5 und r3 größer ist als zwischen r3 und r4, der Abstand r3-r5 deutlich kleiner ist als r4-r3.
In Höhe des Maximums der Querschnittsfläche bei r3 weist die Stirnwand 24 zwischen im radialen Schnitt konvex gekrümmten Oberflächenbereichen 40, 42 einen konkav gekrümmten Oberflächenbereich 41 auf. Der Krümmungsradius der gesamten Stirnwand 24 soll nicht zu klein sein, um eine abrupte Umlenkung der Luft und Wirbelbildung zu vermeiden. Der kleinste Wert Rl des Krümmungsradius wird hier beim Abstand r5 erreicht, es gilt Rl > 0,5 rl. Der minimale Krümmungsradius R2 des konkaven Bereichs 41 ist noch größer, für ihn gilt R2 > rl. Dem Oberflächenbereich 41 liegen Vorsprünge 43 der Luftschaufeln 31 gegenüber, so dass die Breite eines Spalts zwischen den Scheitelkanten 34 der Luftschaufeln 31 und der Stirnwand 24 über die gesamte Länge der Scheitelkanten 34 hinweg im Wesentlichen konstant bleibt .
Fig. 4 zeigt Messkurven Δρ, Δρ ' der Druckerhöhung und η, η' des Wirkungsgrads als Funktion des Volu- menstroms für einen erfindungsgemäßen Radiallüfter, dessen Stirnwand 15 wie in Fig. 3 gezeigt unter¬ schiedlich gekrümmten Oberflächenbereiche 40, 41, 42 aufweist, und für einen gleich dimensionierten Radiallüfter mit hyperboloidförmiger Stirnwand und gleichbleibendem Querschnitt des Strömungskanals. Der herkömmliche Radiallüfter erreicht gemäß der Kurve η ' seinen optimalen Wirkungsgrad von ca. 21% bei einem Volumenstrom von ca. 270 1/min. Beim gleichen Volumenstrom beträgt der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Lüfters gemäß Kurve η über 30%, und damit ist das Maximum des Wirkungsgrads noch nicht erreicht. Bei niedrigen Volumenströmen bis einschließlich des Wirkungsgradoptimums sind mit dem erfindungsgemäßen Lüfter auch deutlich stärkere Druckerhöhungen erreichbar, wie an den Kurven Δρ, Δρ ' zu sehen. Bezugszeichen
1 Drehachse 35 30 Strömungskanal
2 Lüfterrad 31 Luftschaufel
3 Welle 32 stromaufwärtige Kan¬
4 Rotor te
5 Stator 33 stromabwärtige Kante
6 Elektromotor 40 34 Scheitelkante
7 Leiterplatte 35 Bereich
8 inneres Gehäuse 36 Kontur
9 Becher 37 Punkt
10 Deckel 38 Punkt
11 äußeres Gehäuse 45 39 Punkt
12 Bodenplatte 40 Oberflächenbereich
13 Außenwand 41 Oberflächenbereich
14 Zwischenwand 42 Oberflächenbereich
15 Stirnwand 43 Vorsprung
16 Pufferring 50
17 Kühlluftkanal
18 Schulter
19 Schulter
20 Blasluftkanal
21 Auslasskanal 55
22 Durchgang
23 Pufferring
24 Klaue
25 Radkammer
26 Einlassöffnung 60
27 Öffnung
28 radiale Wand
29 Grundplatte

Claims

Radiallüfter mit einem um eine Achse (1) drehbaren Lüfterrad (2), das eine Grundplatte (29) und von der Grundplatte (29) abstehende Luftschaufeln (31) umfasst, wobei die Luftschaufeln (31) jeweils eine stromaufwärtige Kante (32) in einem ersten Abstand (rl) von der Achse (1) und eine stromabwärtige Kante (33) in einem zweiten Abstand (r2) von der Achse (1) aufweisen, und einer Stirnwand (15), die zusammen mit der Grundplatte (29) einen Strömungskanal
(30) begrenzt, in den die Luftschaufeln
(31) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) des Strömungskanals (30) zwischen der stromaufwär- tigen (32) und der stromabwärtigen Kante
(33) in einem dritten Abstand (r3) von der Achse (1) ein Maximum durchläuft und dass die Differenz zwischen einem vierten (r4) und einem fünften Abstand (r5), an denen die Querschnittsfläche (A) jeweils zu dem Maximum nächstbenachbarte Minima annimmt, wenigstens die Hälfte der Differenz (r2-rl) zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand beträgt .
Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Abstand (r4) größer als der zweite Abstand (r2) ist und die Differenz (r4-r2) zwischen dem vierten Abstand und dem zweiten Abstand kleiner ist als die Differenz (r4-r3) zwischen dem dritten Abstand und dem vierten Abstand.
Radiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) am vierten Abstand (r4) um wenigstens 4% kleiner ist als am dritten Abstand (r3) .
Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fünfte Abstand (r5) kleiner als der dritte Abstand (r3) ist und die Differenz (r3-r5) zwischen dem dritten Abstand und dem fünften Abstand wenigstens ein Viertel der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand (r2-rl) beträgt.
Radiallüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) am fünften Abstand (r5) kleiner als am vierten Abstand (r4) ist.
Radiallüfter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) am fünften Abstand (r5) wenigstens 8% kleiner als die Querschnittsfläche (A) am dritten Abstand (r3) ist.
Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (Rl) der Stirnwand (15) im radialen Schnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand (rl, r2) nicht kleiner ist als ein Viertel des ersten Abstands (rl) .
Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand (15) im dritten Abstand (r3) von der Achse eine im radialen Schnitt konkaven Oberflächenbereich (41) aufweist.
Radiallüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Oberflächenbereich (41) im radialen Schnitt einen Krümmungsradius (R2) aufweist, der mindestens dem ersten Abstand (rl) entspricht.
Radiallüfter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschaufeln (31) im dritten Abstand (r3) von der Achse (1) jeweils einen dem konkaven Oberflächenbereich (41) gegenüberliegenden Vorsprung (43) aufweisen.
Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) als Produkt aus einem Abstand (r) von der Achse (1) und der in diesem Abstand (r) gemessenen axialen Entfernung zwischen Stirnwand (15) und Grundplatte (29) berechnet ist.
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