DE102020104985A1 - Fan wheel of an axial or diagonal fan with balancing ring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad eines Axial- oder Diagonalventilators mit einer Nabe und einer Vielzahl in einem um eine Rotationsachse des Ventilatorrads des Ventilatorrads angeordneten Laufradschaufeln, die sich von der Nabe nach radial außen erstrecken und deren radial äußeres Ende von einem umlaufenden Schleuderring umschlossen ist, wobei an dem Schleuderring mindestens ein den Schleuderring umlaufender Wuchtring vorgesehen ist, der mit einer freien Axialkante zur befestigenden Anordnung von mindestens einem Wuchtgewicht ausgebildet ist.The invention relates to a fan wheel of an axial or diagonal fan with a hub and a plurality of impeller blades which are arranged around an axis of rotation of the fan wheel of the fan wheel and extend radially outward from the hub and the radially outer end of which is enclosed by a rotating centrifugal ring, wherein on the slinger at least one balancing ring is provided which encircles the slinger and which is designed with a free axial edge for the fastening arrangement of at least one balancing weight.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventilatorrad eines Axial- oder Diagonalventilators mit verbesserten Wuchteigenschaften.The invention relates to a fan wheel of an axial or diagonal fan with improved balancing properties.
Aufgrund hoher Drehzahlen oder großen Laufraddurchmessern muss das Ventilatorrad eines Axial- oder Diagonalventilators zur Geräuschreduzierung und zur Erhöhung der Lebensdauer der eingebauten Lager ausgewuchtet werden. Dies erfolgt üblicherweise mittels Einsetzen von Wuchtgewichten in entsprechende Taschen oder durch Anbringen von Wuchtelementen. In der Praxis werden die fertig geformten Ventilatorräder beispielsweise mittels Wuchtklammern oder Wuchtclips ausgewuchtet. Diese Wuchtelemente können in dafür vorgesehene Wuchttaschen am Ventilatorrad eingebracht werden.Due to high speeds or large impeller diameters, the fan wheel of an axial or diagonal fan must be balanced to reduce noise and to increase the service life of the installed bearings. This is usually done by inserting balancing weights in appropriate pockets or by attaching balancing elements. In practice, the fully formed fan wheels are balanced, for example, by means of balancing clamps or balancing clips. These balancing elements can be placed in balancing pockets provided on the fan wheel.
Die
In der
Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die Wuchtelemente in dem luftdurchströmten Bereich, beispielsweise direkt auf dem Schleuderring im Düsenspalt des Gebläses oder in seiner unmittelbaren Nähe angeordnet werden. Dadurch können sowohl durch die Wuchtelemente selbst als auch durch leere Wuchttaschen störende Strömungsgeräusche erzeugt werden. Ferner wird eine Verformung des Schleuderrings durch Fliehkräfte begünstigt. Nachteilig an Wuchttaschen bei Radialrädern ist, dass die Wuchtelemente nicht ausschließlich von einer Seite aus steckbar sind.A disadvantage of these solutions is that the balancing elements are arranged in the area through which air flows, for example directly on the slinger in the nozzle gap of the blower or in its immediate vicinity. As a result, disturbing flow noises can be generated both by the balancing elements themselves and by empty balancing pockets. Furthermore, deformation of the slinger is promoted by centrifugal forces. The disadvantage of balancing pockets in radial gears is that the balancing elements cannot only be plugged in from one side.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilatorrad eines Axial- oder Diagonalventilators mit einem umlaufenden Schleuderring bereitzustellen, bei dem die Unwucht mit Wuchtgewichten ohne einer negativen Beeinflussung der Akustik sowie der Festigkeit ausgeglichen ist und die Wuchtgewichte von einer Seite aus montierbar sind.The object of the present invention is to provide a fan wheel of an axial or diagonal fan with a rotating centrifugal ring, in which the imbalance is balanced with balancing weights without negatively affecting the acoustics and strength and the balancing weights can be mounted from one side.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to
Erfindungsgemäß wird ein Ventilatorrad eines Axial- oder Diagonalventilators mit einer Nabe und einer Vielzahl von um eine Rotationsachse des Ventilatorrads angeordneten Laufradschaufeln vorgeschlagen, die sich von der Nabe nach radial außen erstrecken und deren radial äußeres Ende von einem umlaufenden Schleuderring umschlossen ist. An dem Schleuderring ist mindestens ein den Schleuderring umlaufender Wuchtring vorgesehen, der mit einer freien Axialkante zur befestigenden Anordnung von mindestens einem Wuchtgewicht ausgebildet ist.According to the invention, a fan wheel of an axial or diagonal fan with a hub and a plurality of impeller blades arranged around an axis of rotation of the fan wheel is proposed which extend radially outward from the hub and whose radially outer end is surrounded by a rotating centrifugal ring. On the slinger, at least one balancing ring is provided which encircles the slinger and is designed with a free axial edge for the fastening arrangement of at least one balancing weight.
Vorteilhaft an dem den Schleuderring umlaufenden Wuchtring ist, dass die Wuchtgewichte nicht in einem Düsenspalt zwischen einer Einlaufdüse des Axial- oder Diagonalventilators und dem Schleuderring angeordnet sind. Weder der Wuchtring noch die Wuchtgewichte tangieren den Strömungspfad des durch das Ventilatorrad erzeugten Luftstroms, sodass eine negative Beeinflussung der Akustik oder der Luftströmung vermieden ist. Ferner wird durch den mindestens einen Wuchtring die Festigkeit des Schleuderrings verbessert, wodurch die Beanspruchbarkeit aufgrund mechanischer Belastungen gesteigert ist, bevor es zu einem Bauteilversagen kommt. Da sich der Schleuderring zudem durch die erhöhte Festigkeit im Betrieb nicht wesentlich verformt, wird eine negative Beeinflussung der Akustik und der Effizienz des Axial- oder Diagonalventilators so gering wie möglich gehalten.The advantage of the balancing ring surrounding the centrifugal ring is that the balancing weights are not arranged in a nozzle gap between an inlet nozzle of the axial or diagonal fan and the centrifugal ring. Neither the balancing ring nor the balancing weights affect the flow path of the air flow generated by the fan wheel, so that a negative influence on the acoustics or the air flow is avoided. Furthermore, the strength of the slinger is improved by the at least one balancing ring, as a result of which the loading capacity due to mechanical loads is increased before component failure occurs. Since the centrifugal ring does not deform significantly during operation due to the increased strength, any negative impact on the acoustics and the efficiency of the axial or diagonal fan is kept as low as possible.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wuchtring den Schleuderring vollständig umlaufend umschließt. Dabei ist günstig, dass ein vollständig umlaufender Wuchtring die Steifigkeit des Ventilatorrads weiter verbessert ist. Darüber hinaus sind die Wuchtgewichte in jeder Winkelposition des Wuchtrings an diesem anordenbar.In an advantageous embodiment, it is provided that the at least one balancing ring completely surrounds the slinger. It is advantageous that a completely circumferential balancing ring, the rigidity of the fan wheel is further improved. In addition, the balancing weights can be arranged on the balancing ring in any angular position of the latter.
In einer alternativen Ausführung des Ventilatorrads ist ferner vorgesehen, dass der mindestens eine Wuchtring einstückig an dem Schleuderring ausgebildet ist. Dadurch ist die Steifigkeit des Ventilatorrads verbessert und der Herstellungs- bzw. Montageaufwand reduziert.In an alternative embodiment of the fan wheel, it is also provided that the at least one balancing ring is formed in one piece on the centrifugal ring. As a result, the rigidity of the fan wheel is improved and the manufacturing and assembly costs are reduced.
Vorzugsweise ist das Ventilatorrad derart ausgebildet, dass der mindestens eine Wuchtring ausgehend von einer radialen Außenmantelfläche des Schleuderrings hervorsteht und axial einseitig an der Außenmantelfläche angebunden ist. Auf diese Weise ist die freie Axialkante zur befestigenden Anordnung von dem mindestens einen Wuchtgewicht ausgebildet. Durch die Anbindung des Wuchtrings an der radialen Außenmantelfläche des Schleuderrings rotiert der Wuchtring mit dem Schleuderring um die Rotationsachse und kann die resultierende Unwucht zusammen mit dem mindestens einen Wuchtgewicht ausgleichen.The fan wheel is preferably designed in such a way that the at least one balancing ring protrudes from a radial outer circumferential surface of the centrifugal ring and adjoins axially on one side the outer jacket surface is connected. In this way, the free axial edge is designed for the fastening arrangement of the at least one balancing weight. By connecting the balancing ring to the radial outer surface of the slinger, the balancing ring rotates with the slinger around the axis of rotation and can compensate for the resulting imbalance together with the at least one balancing weight.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Ventilatorrads ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wuchtring gegenüber einer ansaugseitigen Axialkante des Schleuderrings durch einen Axialabstand axial beabstandet angeordnet ist. Dadurch sind weder der mindestens eine Wuchtring noch das mindestens eine daran angeordnete Wuchtgewicht im Bereich des Strömungspfads des durch das Ventilatorrad erzeugten Luftstroms angeordnet, wodurch eine negative Beeinflussung der Akustik oder der Luftströmung minimiert ist.In a further embodiment of the present fan wheel, it is provided that the at least one balancing ring is arranged axially spaced apart from a suction-side axial edge of the centrifugal ring by an axial distance. As a result, neither the at least one balancing ring nor the at least one balancing weight arranged thereon are arranged in the area of the flow path of the air flow generated by the fan wheel, which minimizes any negative influence on the acoustics or the air flow.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Axialabstand A zwischen der ansaugseitigen Axialkante des Schleuderrings und der freien Axialkante des mindestens einen Wuchtrings in einem Verhältnis zu einer Wandstärke Ts des Schleuderrings ausgebildet ist, dass gilt 1≤A/Ts≤20, vorzugsweise 2≤A/Ts≤10. Der auf diese Weise definierte Bereich für den Axialabstand ist hinsichtlich der Beeinflussung der Akustik oder der Luftströmung ausreichend groß dimensioniert, dass negative Auswirkungen reduziert sind. Ferner ist durch eine von der freien Axialkante beabstandete Anordnung die Festigkeit erhöht.In one embodiment of the invention it is provided that the axial distance A between the suction-side axial edge of the slinger and the free axial edge of the at least one balancing ring is designed in a ratio to a wall thickness Ts of the slinger, that is 1 A / Ts 20, preferably 2 ≤A / Ts≤10. The area defined in this way for the axial distance is dimensioned sufficiently large with regard to influencing the acoustics or the air flow that negative effects are reduced. Furthermore, the strength is increased by an arrangement spaced apart from the free axial edge.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der mindestens eine Wuchtring sich ausgehend von einer ausblasseitigen Axialkante des Schleuderrings in Richtung einer Ansaugseite des Ventilatorrads erstreckt. Vorteilhaft daran ist, dass die freie Axialkante des Wuchtrings zur befestigenden Anordnung des mindestens einen Wuchtgewichts in axialer Richtung immer zur Ansaugseite weist, sodass ein Wuchtgewicht immer von dieser gut zugänglichen Seite aus montierbar ist. Ferner können sich die Wuchtgewichte, bedingt durch die eine Montagerichtung und der Ausrichtung des Ventilatorrads, nicht durch Fliehkräfte von dem Wuchtring lösen.In a further advantageous variant, it is provided according to the invention that the at least one balancing ring extends, starting from an axial edge of the centrifugal ring on the exhaust side, in the direction of an intake side of the fan wheel. It is advantageous that the free axial edge of the balancing ring for the fastening arrangement of the at least one balancing weight always points in the axial direction towards the suction side, so that a balancing weight can always be mounted from this easily accessible side. Furthermore, due to the one mounting direction and the orientation of the fan wheel, the balancing weights cannot be detached from the balancing ring by centrifugal forces.
Darüber hinaus ist eine Ausführung günstig, bei der die ausblasseitige Axialkante des Schleuderrings in Axialrichtung umgeschlagen ausgebildet ist und dabei einen umgeschlagenen Abschnitt erzeugt, der den mindestens einen Wuchtring bildet. Die Anordnung des Wuchtrings an der ausblasseitigen Axialkante des Schleuderrings ist günstig, da an dieser Position die Luftströmung durch das Ventilatorrad nicht von Wuchtring beeinflusst wird, was sich günstig auf die Akustik auswirkt. Ferner bildet die ausblasseitige Axialkante des Schleuderrings eine Extremstelle des Ventilatorrads. Ein Ausgleichen der aus der Unwucht resultierenden Kräfte an dieser Position ist mithin besonders günstig.In addition, an embodiment is favorable in which the outlet-side axial edge of the centrifugal ring is designed to be turned over in the axial direction and thereby produces a turned-over section which forms the at least one balancing ring. The arrangement of the balancing ring on the axial edge of the centrifugal ring on the exhaust side is favorable, since at this position the air flow through the fan wheel is not influenced by the balancing ring, which has a favorable effect on the acoustics. Furthermore, the axial edge of the centrifugal ring on the outlet side forms an extreme point of the fan wheel. Balancing the forces resulting from the imbalance at this position is therefore particularly favorable.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wuchtring in einer Axialebene überlappend zu den Laufradschaufeln angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Wuchtring an dem Schleuderring in einer Axialebene eines axialen Endabschnitts der Laufradschaufeln angeordnet. Dadurch ist ein Wuchtring immer im Bereich der Anbindungsposition der Laufradschaufeln an den Schleuderring positioniert. Aufgrund der Anbindung der Laufradschaufeln in diesem Bereich, sind dort die aus der Unwucht resultierenden Kräfte auf das Ventilatorrad maximal. Deshalb ist es für einen Ausgleich der Unwucht besonders günstig in diesem Bereich der Laufradschaufeln den mindestens einen Wuchtring anzuordnen, um darin Wuchtgewichte positionieren zu können.In an advantageous embodiment it is provided that the at least one balancing ring is arranged in an axial plane so as to overlap the impeller blades. In a preferred embodiment of the invention, the at least one balancing ring is arranged on the slinger in an axial plane of an axial end section of the impeller blades. As a result, a balancing ring is always positioned in the area of the connection position of the impeller blades to the slinger. Due to the connection of the impeller blades in this area, the forces on the fan wheel resulting from the imbalance are at a maximum there. It is therefore particularly advantageous to arrange the at least one balancing ring in this area of the impeller blades in order to compensate for the imbalance in order to be able to position balancing weights therein.
Das erfindungsgemäße Ventilatorrad ist in einer Ausführungsvariante ausgebildet, dass zwischen einer Außenmantelfläche des Schleuderrings und einer Innenmantelfläche des mindestens einen Wuchtrings radiale Versteifungsrippen angeordnet sind. Vorteilhaft daran ist, dass die Festigkeit des Wuchtrings und des Schleuderrings verbessert ist. Dies verbessert den Bauteilschutz und trägt dazu bei, dass sich der Schleuderring im Betrieb nicht wesentlich verformt, wodurch einer negativen Beeinflussung der Akustik und der Effizienz des Ventilators entgegengewirkt wird. Ferner ist eine Vielzahl von Rippen günstig, die in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Versteifungsrippen eine zur Rotationsachse parallele Längserstreckung auf und verlaufen von der Außenmantelfläche des Schleuderrings geradlinig nach radial Außen zu der Innenmantelfläche des Wuchtrings. Auf diese Weise sind zwischen den Versteifungsrippen Aufnahmen für die Wuchtgewichte ausgebildet.The fan wheel according to the invention is designed in an embodiment variant that radial stiffening ribs are arranged between an outer circumferential surface of the centrifugal ring and an inner circumferential surface of the at least one balancing ring. The advantage of this is that the strength of the balancing ring and the slinger is improved. This improves component protection and helps prevent the slinger from deforming significantly during operation, which counteracts any negative impact on the acoustics and the efficiency of the fan. Furthermore, it is advantageous to have a plurality of ribs which are arranged uniformly spaced from one another in the circumferential direction. The stiffening ribs preferably have a longitudinal extension parallel to the axis of rotation and run from the outer circumferential surface of the slinger in a straight line radially outward to the inner circumferential surface of the balancing ring. In this way, receptacles for the balancing weights are formed between the stiffening ribs.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Schleuderring und dem Wuchtring ein Aufnahmebereich bestimmt ist, der sich durch eine Vergrößerung eines Radialabstands zwischen dem Schleuderring und dem Wuchtring in Axialrichtung vergrößert. Auf der einen Seite wird dadurch der für die Montage der Wuchtgewichte an die freie Axialkante des Schleuderrings bereitgestellte Bauraum vergrößert. Andererseits wird dadurch verhindert, dass bei einer in gewissen Anwendungsfällen auftretenden Eisbildung das Ventilatorrad nicht zerstört wird, da sich das Eis ausdehnen kann.It is also advantageous if a receiving area is defined between the slinger and the balancing ring, which area increases in the axial direction by increasing a radial distance between the slinger and the balancing ring. On the one hand, this increases the installation space made available for mounting the balancing weights on the free axial edge of the slinger. On the other hand, this prevents the fan wheel from being destroyed in the event of ice formation which occurs in certain applications, since the ice can expand.
Darüber hinaus ist eine Ausführungsvariante günstig, bei der das gesamte Ventilatorrad einstückig ausgebildet ist. Vorteilhaft daran ist, dass das Ventilatorrad in einem Herstellungsprozess, beispielsweise dem Spritzgießen, herstellbar ist und weitere aufwändige Montageschritte des Wuchtrings auf den Schleuderring entfallen. Außerdem weist ein einstückiges Ventilatorrad eine hohe Festigkeit auf.In addition, a variant is favorable in which the entire fan wheel is formed in one piece. The advantage here is that the fan wheel can be manufactured in one manufacturing process, for example injection molding, and further complex assembly steps of the balancing ring on the slinger are dispensed with. In addition, a one-piece fan wheel has high strength.
In einer Weiterbildung des Ventilatorrads ist ferner vorgesehen, dass eine Wandstärke Tw des Wuchtrings und eine Wandstärke Ts des Schleuderrings in einem Verhältnis ausgebildet sind, dass gilt 0,3≤5Tw/Ts≤3,0, insbesondere 0,5≤Tw/Ts≤2,0. Nachdem im Schleuderring annähernd konstante Wandstärken realisiert sind, ist der Spritzgussprozess verbessert und ferner den Verzugsverhalten des Schleuderrings optimiert.In a further development of the fan wheel it is also provided that a wall thickness Tw of the balancing ring and a wall thickness Ts of the centrifugal ring are formed in a ratio that 0.3 5Tw / Ts 3.0, in particular 0.5 Tw / Ts 2.0. After approximately constant wall thicknesses have been achieved in the slinger, the injection molding process is improved and the warpage behavior of the slinger is also optimized.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante, bei der an dem Schleuderring zwei axial zueinander beabstandete Wuchtringe vorgesehen sind. Durch die beiden Wuchtringe ist die Festigkeit des Schleuderrings stark verbessert und weist dadurch bereits vorstehend beschriebene Vorteile auf. Darüber hinaus sind entlang der Rotationsachse zwei Positionen zum Auswuchten zur Verfügung gestellt.An embodiment variant is advantageous in which two balancing rings axially spaced from one another are provided on the slinger. The strength of the slinger is greatly improved by the two balancing rings and thus has the advantages already described above. In addition, two positions for balancing are provided along the axis of rotation.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Axialventilator oder Diagonalventilator mit einem Ventilatorrad mit einem der vorstehenden Merkmale vorgesehen.In a preferred embodiment of the invention, an axial fan or diagonal fan with a fan wheel with one of the above features is provided.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ventilatorrads eines Diagonalventilators mit zwei Wuchtringen, -
2 eine Schnittansicht eines Ventilatorrads eines Diagonalventilators mit zwei Wuchtringen und -
3 eine Schnittansicht eines Axialventilators mit einem Diagonalventilators mit zwei Wuchtringen.
-
1 a perspective view of a fan wheel of a diagonal fan with two balancing rings, -
2 a sectional view of a fan wheel of a diagonal fan with two balancing rings and -
3 a sectional view of an axial fan with a diagonal fan with two balancing rings.
In
An einer Außenmantelfläche
Die beiden Wuchtringe
Ferner sind die Wuchtringe
Die ausblasseitige Axialkante
Ausgehend von dem axialen Endabschnitt
In
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- 2021-01-25 CN CN202110095215.6A patent/CN113309718B/en active Active
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