DE1503609C3 - Geräuscharmer Axialventilator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geräuscharmen Axialventilator mit hoher statischer Druckerzeugung, der einen Gehäusering aufweist, in den ein Teil des Flügelrades hineinragt, so daß das geförderte Medium bereits im ersten Teil des Flügelrades eine Ablenkung erfährt und das Flügelrad mit einer radialen Strömungskomponente verläßt.

Im Ventilatorenbau ist häufig die Problemstellung gegeben, eine bestimmte Förderleistung unter vorgegebenen Einbaubedingungen zu erzielen. Die Einbaubedingungen stehen oftmals in Widerspruch zu den strömungsdynamischen Gesichtspunkten, die für die Ausgestaltung des Ventilators an sich berücksichtigt werden sollten. So muß beispielsweise beim Bau von Heizungsventilatoren oftmals aus Platzgründen auf das Anbringen einer Einlaufdüse verzichtet werden. Die Folge ist, daß eine wirbelfreie und geräuscharme Anströmung nur mehr unter großen Schwierigkeiten ermögicht werden kann.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden (vgl. DT-PS 14 28 273), unter Vermeidung einer Einlaufdüse die Wirkung einer solchen durch eine besondere Einbauweise des Flügelrades in das Gehäuse zu erreichen. Dieser ältere Vorschlag ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel des Flügelrades an der Flügelspitze Ausnehmungen aufweisen, in die ein wulstartiger Teil des Gehäuses hineinragt. Dadurch wird erreicht, daß das zu fördernde Medium in einem bestimmten Teilbereich des Laufrades axial geführt wird. Anschließend nimmt die Flügellänge sprunghaft zu, desgleichen erweitert sich das Gehäuse übergangslos. Dadurch wird die axiale Führung des Mediums aufgehoben, so daß dieses auch in radialer Richtung abströmen kann. Ein derartiger Axialventilator erwies sich für viele Betriebsfälle hinsichtlich der statischen Druckerzeugung, der Förderleistung sowie der Geräuschbildung als brauchbar. Inzwischen sind die Anforderungen an Heizungsventilatoren, vorzugsweise im Automobilbau, noch wesent-Hch erhöht worden, d. h. daß der Ventilator bei gleichen räumlichen Abmessungen eine noch größere Leistung bringen und noch geräuscharmer sein soll. Diesen Anforderungen genügen auch nicht die bekannte Ventilatoren gemäß der schweizerischen Patentschrift 1 68 226 und der französischen Patentschrift 13 99 313, und zwar aus folgenden Gründen:
. Bei der Anordnung nach der schweizerischen Patentschrift 1 68 226 ist — in Strömungsrichtung gesehen — eine Gehäuseringverengung vorgesehen, die bekanntlieh zu einer Beschleunigung des geförderten Mediums und damit zu einer Erschwerung der radialen Umlenkung führt Darüber hinaus ist die Flügeltiefe — in axialer Richtung gesehen — unverändert, d. h., daß sie nicht ständig zunimmt.

Bei der weiterhin bekannten Anordnung nach der französischen Patentschrift 13 99 313 ist das Flügelrad etwa mittig im Gehäusering so angeordnet, daß er das Flügelrad zu beiden Seiten um ein beträchtliches Maß überragt. Wenn auch bei dieser Anordnung der Gehäusering — in Strömungsrichtung gesehen — wenigstens auf einem Teil seiner Innenfläche sich konisch erweitert und der Luftspalt zwischen Gehäusering und Flügelrad im konisch sich erweiternden Teil konstant gehalten wird, so ist hiermit nur eine verhältnismäßig schwache, radiale Strömungskomponente erreichbar, die hinsichtlich des Druckes allenfalls nur eine geringfügige Steigerungsrate ermöglicht.

Mit diesen bekannten Anordnungen läßt sich nicht die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgäbe lösen, die vor allem in der Schaffung eines Axialventilators, der in gedrängter Bauweise bei geräuscharmem Lauf einen hohen statischen Druck sowie eine große Förderleistung erzeugen soll, oder vereinfacht ausgedrückt, daß er bei gleichen räumlichen Abmessungen bekannter Ventilatoren eine noch größere Leistung erbringen und noch geräuscharmer sein soll. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem geräuscharmen Axialventilator der eingangs erwähnten Art durch ein Flügelrad erreicht, dessen Flügellänge von' der Anströmseite — in axialer Richtung gesehen — stetig zunimmt, einen sich in Förderrichtung konisch erweiternden Gehäusering, der sich etwa bis über die halbe Nabenbreite des Flügelrades erstreckt und einen in an sich bekannter Weise in etwa konstant gehaltenen Luftspalt zwischen Gehäusering und Flügelrad. Im Hinblick auf eine große radiale Strömungskomponente des zu fördernden Mediums ist es von Vorteil, daß die Wölbung der Flügel (//5) von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze in an sich bekannter Weise abnimmt. Im Falle der Verwendung eines Gehäuses mit radialen Austrittsöffnungen ist es zur Verminderung von Umlenkverlusten und Ablösungserscheinungen und damit zur Vergrößerung der Geräuscharmut vorteilhaft, daß das Gehäuse doppeltrapezförmig ausgebildet ist. Aus den gleichen Gründen ist es von Vorteil, daß die abgeschrägten Wände des Gehäuses zu den radialen Austrittsöffnungen führen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindungen werden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt ein Axialflügelrad in einem Gehäuse mit radialen Austrittsöffnungen;

F i g. 2 zeigt die Ansicht des Axialventilators nach

F i g. 1 in Förderrichtung gesehen.

In F i g. 1 ist das Flügelrad mit 1 und das Ventilatorgehäuse mit 2 bezeichnet. Das Flügelrad 1 setzt sich aus einer Nabe 3 und beispielsweise sieben Flügeln 4 bis 10 zusammen. Die Flügel 4 bis 10 sind so auf der Nabe 3 angeordnet, daß sie sich — in axialer Richtung gesehen

— über die gesamte Flügellänge / nicht überschneiden, d. h. daß in Höhe der Flügelwurzel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln (z. B. 7, 8) ein Abstand 11 von mindestens 1 bis 2 mm gegeben ist. Mit Rücksicht auf eine große Förderleistung und eine hohe statische Druckerzeugung sind die Flügel 4 bis 10 so ausgebildet, daß die Flügelsehne s — in radialer Richtung gesehen

— von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze stetig zunimmt. Die Flügellänge / nimmt von der Anströmseite

— in axialer Richtung gesehen — ebenfalls stetig zu. In den verschiedenen Flügelschnittebenen ist die Flügelwölbung f/s so gehalten, daß sie von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze stetig abnimmt.

Das Gehäuse 2 ist an der Anströmseite mit einer Leitplatte 12 versehen, die in Höhe der äußeren Umgrenzung des Flügelrades 1 in einer Krümmung in einen Gehäusering 13 übergeht. Der Gehäusering 13 erweitert sich in Förderrichtung gesehen konisch. Die Breite b des Gehäuseringes 13 ist so gehalten, daß sie etwa ein Viertel bis drei Viertel der Breite bn der Nabe 3 entspricht. Die konusartige Aufweitung des Gehäuseringes 13 ist der Flügellängenänderung Δ Ι angepaßt, d. h., sie ist so gehalten, daß der Luftspalt zwischen Gehäusering 13 und Flügelrad 1 über die gesamte Breite b des Gehäuseringes 13 konstant bleibt. Radial zur Anströmrichtung gesehen sind an das Gehäuse 2 eine oder mehrere Austrittsöffnungen 14 angebracht. Sind zwei Austrittsöffnungen 14 um 180° gegeneinander versetzt am Gehäuse 2 angebracht, so besitzt der Gehäuseinnenraum günstigerweise die Form eines Doppeltrapezes. Die abgeschrägten Wände 15, 16 sind dabei so angeordnet, daß sie das Fördermedium möglichst verlustlos und wirbelfrei zu den Austrittsöffnungen 14 führen. Die Neigung der schrägen Wände 15,16 kann, bezogen auf eine der Gehäusehauptachsen, verschieden sein (wie dargestellt), sie kann aber auch gleich sein. An Stelle einer doppeltrapezförmigen Gehäuseform kann auch eine in der Ansicht elliptische Gehäuseform mit Vorteil Verwendung finden. Hierfür brauchten lediglich die abgeschrägten Innenwände 15,16, wie in F i g. 2 mit der strichpunktierten Linienführung angedeutet, mit einer segmentförmigen Ausnehmung versehen werden. Es ist ersichtlich, daß sich der Erfindungsgedanke nicht auf eine Gehäuseform beschränkt, wie sie in den F i g. 1 und 2 beispielhaft dargestellt ist. Insbesondere ist die radiale Anordnung der Austrittsöffnungen 14 nicht erfindungswesentliche Voraussetzung, sondern der Mediumaustritt kann auch axial erfolgen, wenn auch mit einer erwünschten, starken radialen Strömungskomponente.

Die Wirkungsweise des Axialventilators gemäß der Erfindung ist folgende: Das angesaugte Medium wird durch den Gehäusering 13 längs eines Teils b der Nabenbreite bn des Flügelrades 1 geführt. Durch die konische Aufweitung des Gehäuses 13 erfolgt bereits im ersten Teil des Flügelrades 1 eine nahezu verlustlose und wirbelfreie Ablenkung der Strömung, so daß das Medium das Flügelrad 1 zwar unter Beibehaltung der axialen Hauptströmungsrichtung, so doch mit einer starken, drucksteigernden radialen Strömungskomponente verläßt. Gefördert wird dieser Vorgang noch dadurch, daß die Flügelwölbung f/s von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze stetig abnimmt. Für die Erzielung eines hohen statischen Druckes sowie einer großen Förderleistung ist es vorteilhaft, daß die Flügelsehne s von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze stetig zunimmt und das Verhältnis Nabendurchmesser/Flügelraddurchmesser dip größer als 0,5 ist. Die Spaltverluste sind wegen des geringen Spiels zwischen Gehäusering 13 und Flügelrad 1 (etwa 1 bis 2 mm) gering. Gleichzeitig werden mit dieser Maßnahme die Ablösungserscheinungen an den Flügelspitzen so weit verringert, daß damit eine ansonsten sehr unangenehme Geräuschquelle bereits ausgeschaltet ist. Durch den hohen statischen Druck wird ferner erreicht, daß der Ventilator auch bei starker Drosselung nicht im Abreißgebiet derp/v-Kennlinie arbeitet, so daß eine weitere störende Geräuschquelle ausgeschaltet ist. Bei radialer Anordnung der Austrittsöffnungen 14 ist durch die doppeltrapezartige bzw. elliptische Ausbildung des Gehäuses gewährleistet, daß die Umlenkverluste und Wirbelbildungen des geförderten Mediums auch nach dem Verlassen des Flügelrades 1 auf ein Minimum verringert werden. Durch Veränderung des Aufweitungswinkels des Gehäuseringes 13 etwa zwischen 20° und 30^p kann die radiale Strömungskomponente in bestimmten Grenzen vergrößert oder verkleinert werden. Durch Modellversuche kann die jeweils günstigste Dimensionierung bei gegebenen Gehäuseabmessungen und vorgegebenem Leistungsprogramm leicht ermittelt werden. Für das vorstehend beschriebene Anwendungsgebiet bei Heizungsventilatoren hat sich eine Vergrößerung der Flügellänge Δ /von etwa 5 bis 10 mm als vorteilhaft erwiesen. Die Verbreiterung der Flügelsehne s von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze liegt beim Ausführungsbeispiel günstigerweise in der Größenordnung von 40 bis 60% der Länge der Flügelsehne an der Flügelwurzel. An Stelle von Flügeln mit einem Kreisbogenprofil gleicher Dicke könnten auch tragflügelprofilierte Flügel Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Geräuscharmer Axialventilator mit hoher statischer Druckerzeugung, der einen Gehäusering aufweist, in den ein Teil des Flügelrades hineinragt, so daß das geförderte Medium bereits im ersten Teil des Flügelrades eine Ablenkung erfährt und das Flügelrad mit einer radialen Strömungskomponente verläßt, gekennzeichnet durch ein Flügelrad (1), dessen Flügellänge (I) von der Anströmseite — in axialer Richtung gesehen — stetig zunimmt, einen sich in Förderrichtung konisch erweiternden Gehäusering (13), der sich etwa bis über die halbe Nabenbreite (bn) des Flügelrades (1) erstreckt und einen in an sich bekannter Weise in etwa konstant gehaltenen Luftspalt zwischen Gehäusering (13) und Flügelrad (1).

2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Flügel (//5) von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze in an sich bekannter Weise abnimmt.

3. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, mit einem radiale Austrittsöffnungen aufweisenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) doppeltrapezförmig ausgebildet ist.

4. Axialventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten Wände (15; 16) des Gehäuses (2) zu den radialen Austrittsöffnungen (14) führen.