DE2652642A1

DE2652642A1 - Axialventilator mit der aussenkontur eines ein paar quadratische begrenzungsflaechen aufweisenden quaders

Info

Publication number: DE2652642A1
Application number: DE19762652642
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1978-05-24
Also published as: US4167376A; DE2652642C2

Description

DR. HANS KARL HACH o-695O mosbach. den

PATENTANWALT 3 waldstadt · hessentalstr. 23

TELEFON 3131 (VORWAHLO626«

P 31 968 26.7.1976.

Firma PAPST MOTOREN KG., 7742 St. Georgen, Karl-Mai er-S tras se 1

Axialventilator mit der Außenkontur eines ein paar quadratische Begrenzungsflächen aufweisenden Quaders

Die Erfindung betrifft einen Axialventilator mit der Außenkontur eines ein Paar quadratische Begrenzungsflachen aufweisenden Quaders und mit einem Rohrstück, in das an seinem ersten sich entlang der einen quadratischen Begrenzungsfläche erstreckenden Ende mit Speichen zentral ein Flansch eingespannt ist, an dem ein Antriebsmotor befestigt ist, der ein den Antriebsmotor umgebendes Lüfterrad antreibt, dessen Schaufeln sich in einem zwischen Antriebsmotor und Rohrstück ausgesparten ringförmigen Strömungskanal bis an das zweite Ende des Rohrstückes erstrecken; welches Rohrstüc^ m seiner Längsmitte mit kreisrundem lichten Querschnitt die Umfangskontur des Lüfterrades eng umgibt und am Ende gleichmäßig auf den Umfang verteilt Erweiterungen aufweist, in denen die Wand des Rohrstückes von der Umfangskontur des Lüfterrades innerhalb der Quaderkontur zurückgesetzt ist.

Bei Axialventilatoren dieser Art wird der für den Einbau zur Verfügung stehende quaderförmige Raum im Interesse einer großen Ventilatorleistung möglichst weitgehend ausgenutzt. Zu diesem Zweck

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sind auch die Erweiterungen vorgesehen, die vor allem wenn sie druckseitig angeordnet sind, eine Verbesserung der Ventilatorleistung im Rahmen der gegebenen Außenkontur ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Leistung des Ventilators im Rahmen der gegebenen Außenkontur zu verbessern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß innen an zurückgesetzten Teilen des Rohrstückes stationäre Strömungsleitelemente angeordnet sind.

Durch die nach der Erfindung vorgesehenen Strömungsleitelemente wird die leistungsfordernde Wirkung der Erweiterungen noch verstärkt, weil es dadurch gelingt, der Strömung einen günstigeren Weg vorzuschreiben.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Rohrstück durch eine Taillierung auf die Umfangskontur des Lüfterrades einzuschnüren. Auf diese Weise entstehen zwischen Lüfterrad und Rohrstück einseitig oder beidseitig von der Taillierung diffusorartige, ringförmige Zwischenräume. In diese Zwischenräume können nach einer Weiterbildung die in den Erweiterungen angeordneten Leitelemente hineinragen, wodurch ihre leistungsfordernde Wirkung noch verstärkt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigt:

Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur 4

Figur 5

Figur 6

Figur 7

Figur 8

Figur 9

Figur 1o

Figur 11

Figur 12

perspektivisch einen Axialventilator nach der Erfindung,

den Schnitt II - II durch das zum großen Teil rohrstückartige Gehäuse aus Fig.l sowie Flansch und Lüfterrad in radialer Draufsicht bis zur Mittelachse,

den schnitt III - III aus Figur 1 bis zur Mittelachse, das Lüfterrad jedoch in radialer Draufsicht,

einen Quadranten der Ansicht gemäß Pfeil IV aus Figur 1,

den dem Quadranten aus Figur 4 gegenüberliegenden Quadranten in der Ansicht gemäß dem Pfeil V aus Figur 1,

ein zweites Ausführungsbeispiel in der Schnittdarstellung entsprechend Figur 2,

das zweite Ausführungsbeispiel in der Schnittdarstellung entsprechend Figur 3»

ein drittes Ausführungsbeispiel in der Schnittdarstellung entsprechend Figur 2,

das dritte Ausführungsbeispiel in der Schnittdarstellung entsprechend Figur 3,

ausschnittsweise eine Erweiterung eines weiteren Ausführungsbeispiel in der Blickrichtung entspre- · chend dem Pfeil IV aus Figur 1,

die ausschnittsweise Darstellung entsprechend Figur 1o eines weiteren Ausführungsbeispiels, und

die ausschnittsweise Darstellung entsprechend Figur io eines weiterenAusführungsbeispiels. 809821/0240

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In allen Schnittdarstellungen ist das Lüfterrad mit seinen Schaufeln der Einfachheit halber ungeschnitten in der entsprechenden Ansicht dargestellt.

Gemäß Figur 1 bis 5 ist mit 1 ein Rohrstück bezeichnet, das den Strömungskanal 2 des Ventilators umgibt. Dieses Rohrstück paßt in einen Quader, dessen Kanten in Figur 1 zum Teil durch die strichpunktierte Linie 3 angedeutet sind. Dieser Quader weist zwei quadratische Begrenzungsflächen auf, die eine ist in Figur 1 dem Beschauer zugekehrt und die andere ist dem Beschauer abgekehrt, während die sechs Seitenflächen des Quaders langgestreckte Rechteckflächen sind. Dieser Quader umgrenzt den von dem Axialventilator in Anspruch genommenen Raum. Das Rohrstück 1 umgibt in seiner durch den Doppelpfeil 4 angezeigten Mittelebene mit kreisrundem lichten Querschnitt die ümfangskontur des innerhalb des Rohrstückes gelagerten Lüfterrades 5· An beiden Enden weist das Rohrstück je vier in die vier Ecken des Quaders ragende Erweiterungen 6 bis 11 auf, in denen die Wand des Rohrstückes von der durch die strichpunktierte Kreislinie 12 in Figur 4 angezeigten Ümfangskontur des Lüfterrades 5 nach außen zunehmend, aber innerhalb der Quaderkontur zurückgesetzt ist. Dadurch wird an den vier Ecken auf jeder Seite ein diffusorartiger zusätzlicher Platz für die Strömung geschaffen, in dem stationäre Stromungsleitwände angeordnet sind, die an dem Rohrstück befestigt sind. Die dem Beschauer zugekehrten Stromungsleitelemente, es sind drei Stück in jeder Ecke, also insgesamt zwölf, sind mit 13 bis 24 bezeichnet. Auf der dem Beschauer von Figur 1 abgekehrten Seite sind ebensoviele Strömungsleitwände angeordnet, von denen in Figur 3 und 5 jedoch nur die Strömungsleitelemente 26, 27, 28 der einen Ecke sichtbar sind. Diese Strömungslei te lemente sind so angeordnet, daß zwischen·ihnen Strömungskanäle stehenbleiben, die sich in Richtung der angestrebten Luftströmungsrichtung erstrecken. Die Strömungsleitelemente haben.nach außen zunehmend stärkeren Querschnitt, wie das aus Figur 3 ersichtlich ist, um den in den Ecken zur Verfugung stehenden zusätzlichen Platz möglichst weitgehend auszunutzen.

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An den vier Ecken sind beidseitig Sefestigungslöcher, zum Beispiel das Befestigungsloch 29, vorgesehen. Die Befestigungslöcher dienen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben und die Ecken werden in vorteilhafter Weise durch die vorgesehenen Leitelemente zusätzlich abgestützt gegen die von den Befestigungsschrauben ausgehenden Anpreßkräfte.

Die Strömungsrichtung der von dem Ventilator geförderten Luft ist durch den Pfeil 3o angezeigt. Die Sogseite ist in Figur 1 dem Beschauer abgekehrt, die Druckseite ist ihm zugekehrt. Sogseitig ist am Ende des Rohrstückes 1 entlang der dort gelegenen quadratischen Quaderfläche, aber noch innerhalb des Quaders, zwischen Speichen, die am Rohrstück befestigt sind, ein zentraler Flansch 31 eingespannt. Es sind insgesamt vier Speichen auf den Umfang verteilt, von denen jedoch nur eine, die Speiche 32, in Figur"3 in Ansicht und in Figur 2 angeschnitten sichtbar ist. An dem Flansch 31 ist ein Außenläuferantriebsmotor angeschraubt. -Eine der Befestigungsschrauben 33 ist in Figur 2 sichtbar-·. Der Stator 34 ist in Figur 2 und 3 teilweise sichtbar, er ist weitgehend von dem Rotor 35 verdeckt, auf dessen Umfang die Schaufeln 36 aufgeschweißt sind, und der mit den Schaufeln das Lüfterrad 5 bildet.

Das in Figur 6 und 7 nur teilweise dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel, soweit es die für die Erfindung wesentlichen Details betrifft, nur dadurch, daß das Rohrs tuck 4o nach Art einer Venturi-Düse auf eine Taille 41 eingeschnürt ist, die die Umfangskontur des Lüfterrades 42 eng umgibt. Zur Sogseite 44 erweitert sich das Rohrstück 4o auf den ganzen Umfang von der Taille 41 ausgehend über den durch den Doppelpfeil 45 angezeigten Bereich. Auf der Druckseite erweitert sich das Rohrstück auf dem ganzen Umfang von der Taille 41 ausgehend über den durch den Doppelpfeil 46 angezeigten Bereich* Die Taille ist linienförmig, hat also keine oder fast keine axiale Ausdehnung, so daß die Doppelpfeile 45 "und 46 aneinanderstoßen. In den acht Ecken setzen sich diese Erweiterungen beidseitig fort, so daß, wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel, zusätzlicher Platz in den Ecken entsteht, der, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel, durch stationäre

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Leitelemente ausgenutzt ist. Die beiden in Figur 7 sichtbaren Erweiterungen 48, 47 zweier Ecken weisen je ein Leitelement 49, 50 auf, das in Figur 7 geschnitten ist, weil es symmetrisch zur Schnittebene der Figur 7 liegt, wie dies auch bei dem Leitelement 17 und 27 aus Figur 3 der Fall ist. Diese Leitelemente ragen wie auch alle anderen Leitelemente dieses Ausführungsbeispiels über den durch die Erweiterungen der Ecken gewonnenen Raum nach einwärts in den ringförmigen Zwischenraum 43 beziehungsweise 53,der am Umfang des Lüfterrades beidseitig der Taille durch die ringförmigen Erweiterungen entsteht und stoßen entlang der linsenförmigen Taille 41 fast aneinander. Während die Leitelemente des ersten Ausführungsbeispiels, wie besonders gut für die Leitelemente 17 und 27 aus Figur 3 ersichtlich, mit ihrer ganzen,dem Lüfterrad zugekehrten Kante dicht bis an die Umfangskontur des Lüfterrades ragen, weichen die entsprechenden Kanten 51, 52 gemäß Figur 7 zum jeweiligen Ende des Rohrstückes 40 hin zurück. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird durch die Querschnittsfläche der Leitelemente der durch die Erweiterung in den Ecken gewonnene Raum voll ausgenutzt, und die Leitelemente des ersten Ausführungsbeispiels erstrecken sich nur über diesen Raum. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 und 7 dagegen wird der in den Ecken gewonnene Raum nur zum Teil genutzt, was für den angestrebten Zweck einer Zwangsführung der Strömung in den Eckbereichen für viele Anwendungsfälle ausreicht, aber etwas günstiger im Geräuschverhalten ist.

Die in Figur 6 und 7 nicht dargestellten Ecken sind genauso wie die in Figur 7 dargestellten mit Leitelementen ausgestattet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 und 9 ist nur auf der Druckseite in den vier Ecken das im übrigen kreisrunde Rohrstück 60 erweitert-und diese Erweiterung 61 ist, wie aus Figur .9 sichtbar, stufenförmig abgesetzt. In jede dieser Erweiterungen, also an allen vier Ecken, sind zwei Leitelemente parallel nebeneinandergestellt, so daß dazwischen ein Strömungskanal freibleibt. Das eine der beiden in der in Figur 9 sichtbaren Ecke angeordnete Leitelement 62 ist sichtbar, das andere liegt vor der Schnitt-

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ebene und ist deshalb nicht sichtbar. . Die anderen, nicht dargestellten druckseitigen Ecken sind genauso wie die dargestellten ausgebildet und mit Leitelementen ausgestattet. Auf der Sogseite sind keine Erweiterungen vorgesehen. Die Strömungsrichtung ist durch den Pfeil 63 angezeigt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Außenkanten 39 der Lüfterblätter beim Vorbeilaufen im spitzen Winkel zur Innenkante, z.B. 38, der Leitelemente. Der Punkt äußerster Annäherung der Außenkante 39 an die Innenkante 38 wandert deshalb, während sich das Lüfterrad dreht, über die Länge der Kante 38. Das ist vorteilhaft, weil dadurch der Erzeugung von Störgeräuschen entgegengewirkt wird, Man kann das. u.U. noch begünstigen, indem man den erwähnten spitzen Winkel möglichst groß, d.h. etwa 9o° macht.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die Leitelemente gerade Stege einheitlicher Stärke. Es sind auch andere Formen von Leitelementen vorteilhaft, z.B. ein Steg 7o, der, wie in Fig.Io dargestellt»bezogen auf die Zeichenebene der Fig.Io, am Ende des Rohrstücks 72 piTzförmigen Querschnitt hat und unter Beibehaltung dieser Pilzform zu seinem anderen Ende 73 ausläuft.

Fig. 11 zeigt ein Leitelement 8o, dessen Stirnkante 84 in der Austrittsebene/zeichnungsebene etwa radial verläuft, dessen axial sich erstreckende Innenkante 85 jedoch von der Radialen in der Austrittsebene aus in Drehrichtung des Lüfterrades der Fig. 1 sich gekrümmt neigt. Dadurch wird der vorerwähnte spitze Winkel vergrößert und die abströmende Luft wird von der Umfangsrichtung über die Hohlfläche 87 stetiger in die axiale Förderrichtung gelenkt.

Fig. 12 zeigt drei Leitelemente, die in eine Ecke 93 angeordnet sind und von denen das mittlere 9o sich über den ganzen zur Verfugung stehenden Platz erstreckt, die beiden äußeren 91, 92 dagegen den zur Verfügung stehenden Platz nur teilweise nutzen.

INSPECTED

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Die Figuren 13 bis 16 zeigen in strengerer axialer Draufsicht als in Fig. Io bis 12 auf die Ausblasseite die ausschnittsweise Darstellung je noch eines weiteren Ausführungsbeispieles entsprechend Fig. Io mit einem nicht gezeichneten Schaufelrad, das eine zylindrische Umhüllende aufweist (ebenso wie es beim Ausführungsbeispiel der Figuren 2 bis 5 aer Fall ist). _{

I ·

Dabei ist im Falle der Figuren 13, 14, 15 jedoch - gerade umgekehrt wie bei Fig. 1 - die Drehrichtung des Laufrades im Uhrzeigersinn angenommen. Dazu gehört entsprechend, daß die Neigung der Schaufelblätter in axialer Richtung gesehen etwa um 9o° geändert ist, so daß von den axial dem Betrachter zugewandten Schaufelkantenenden aus die Schaufelblätter in Uhrzeigerrichtung sich vom Betrachter entfernen (während sie dies bei Fig. 1 im Gegen-Uhrzeigersinn tun).

Fig. 13 zeigt ein nicht radiales, ebenes Strömungsleitelement 131, von der Radialen 132 gegen die Rotationsrichtung - Pfeil 133 -des Laufrades geschwenkt. Diese Ausführung ergibt eine bessere Einströmung ins Gehäuse bzw. Abströmung vom Schaufelrad. Die Kante 135 verläuft praktisch axial. Sie bildet mit jeder radialen Außenkante der Schaufeln eine Art Kreuzungspunkt (radial betrachtet), nämlich da, wo diese beiden Kanten einander gegenüberstehen. Der Winkel dieser Kanten an diesem Kreuzungspunkt (auf der Umhüllungsfläche des Laufrades) sollte möglichst 9o° betragen. Der Kreuzungspunkt wandert bei Rotation in Strömungsrichtung.

Fi g. 14 zeigt eine Variante mit einer nach Art einer Peltonturbine gekrümmten Strömungsleitwand 141, welche an der Stelle der Abströmung vom Schaufelrad noch stärker in Richtung der Strömung steht als bei Fig. 13.

Die Umlenkung der Strömung an der Hohlfläche 147,in die radiale Richtung könnte mit der Umlenkung von der Rotationsrichtung in

die Axial richtung (zum Betrachter hin) kombiniert werden, wenn i

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' ■ ' . OMaiNAL IMSPEGTED *

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die Kante 145 zusätzlich axial gekrümmt wäre, wie es in Fig. 11 z.B., dort jedoch mit umgekehrter Krümmung, gezeigt ist.

Da ein solches Leitelement gießtechnisch schwer anzubringen wäre, sieht Fig. 15 eine Variante vor, welche eine solche, in Rotationsrichtung (Pfeil 133) geneigte Kante 155 des Elements 151 vorsieht, wobei über die in Drehrichtung ansteigende Fläche 157 eine stetige und wirkungsvolle Aufrichtung der Strömung in axialer Abströmrichtung erfolgt und gleichzeitig der Kantenwinkel am Kreuzungspunkt ohne besonderen Herstellungsaufwand oder Nachteil im Sinne geringeren Geräusches 9o° (etwa rechtwinklig) sein kann. Eine zusätzliche Krümmung der Stirnkante 154, ähnlich wie in Fig.14, würde die Förderung des Leitelements 151 noch erhöhen.

Fjg.15 zeigt die Leitwand 151 voll hintergossen (vergl. die ebene, etwa radial verlaufende Fläche ]58), was eine wesentliche Werkzeugvereinfachung bedeutet. Ähnlich könnte es mit dem Leitelement 8o in Fig. 11 geschehen, so daß sich die gestrichelt gezeichnet axial verlaufende Kante 88 als Begrenzung ergäbe.

Fig.16 zeigt drei radiale Leitwände 161, 162, 163 auf dem Quadranten gleichmäßig angeordnet. Bei großer Schaufelzahl ist eine solche Mehrfach-Unterteilung besonders effektiv.

Fig.17 zeigt in gleicher Weise wie in Fig. 1 die Ausführung gem. Fig.16- Die gleichen Ziffern bedeuten die gleichen Funktionen wie in Fig.l. In Fig.l sind im Unterschied zu Fig.17 die Leitelemente etwa um die Mitte jeder Erweiterung konzentriert angeordnet. Dies dürfte bei höherem Druck vorteilhaft sein.

Die erfindungsgemäßen Strömungsleitelemente sind besonders druckseitig wirkungsvoll. In Sonderfällen ist - in Abänderung zu einigen AusfUhrungsbeispielen hier - es so-gar vorteilhaft, sie nur auf der Druckseite vorzusehen.

- Io -

_ ORIQlMAL INSPECTED

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Claims

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26.7.1976.

ANSPRÜCHE

Axialventilator mit der Außenkontur eines ein Paar quadratische Begrenzungsflächen aufweisenden Quaders und mit einem Rohrstück, in das an seinem ersten sich entlang der einen quadratischen Begrenzungsfläche erstreckenden Ende mit Speichen zentral ein Plansch eingespannt ist, an dem ein Antriebsmotor befestigt ist, der ein den Antriebsmotor umgebendes Lüfterrad antreibt, dessen Schaufeln sich in einem zwischen Antriebsmotor und Rohrstück ausgesparten ringförmigen Strömungskanal bis an das zweite Ende des Rohrstückes erstrecken; welches Rohrstück/xn seiner Längsmitte mit kreisrundem lichten Querschnitt die Umfangskontur des Lüfterrades eng umgibt und am Ende gleichmäßig auf den Umfang verteilt Erweiterungen aufweist, in denen die Wand des Rohrstückes von der Umfangskontur des Lüfterrades innerhalb der Quaderkontur zurückgesetzt ' ist, dadurch gekennzeichnet, daß innen an zurückgesetzten Teilen des Rohrstückes ( 1 ) stationäre Strömungsleitelemente (13 bis 24 ) angeordnet sind.
2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier mit Strömungsleitelementen ( 13 bis 24 ) ausgestattete Erweiterungen ( 6 bis 9 ) am druckseitigen Ende des Rohrstückes ( 1 ) vorgesehen sind.

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3. Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung ( 7 ) zum zugehörigen Ende des Rohrstückes ( 1 ) hin mit zunehmend freiem Querschnitt ausgebildet ist und daß die zugehörigen Leitelemente ( 16, 17, 18 ) mit zu dem gleichen Ende hin zunehmendem Querschnittsprofil ausgebildet sind.
4. Axialventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lüfterrad ( 5 ) zugekehrten Kanten ( 51, 52 ) der Leitelemente ( 49, 50 ) sich, bezogen auf die Umfangsflache des Lüfterrades, schräg zu den Außenkanten der Lüfterflügel ( 36 ) erstrecken.

5· Axialventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück ( 40 ) durch eine Taille (41 ) auf die ümfangskontur des Lüfterrades ( 42 ) eingeschnürt ist und daß in Erweiterungen ( 47, 48 ) angeordnete Leitelemente ( 49, 50 ) in einen durch die Taillierung zwischen Lüfterrad ( 42 ) und Rohrstück ( 40 ) entstehenden, diffusorartigen, ringförmigen Zwischenraum ( 43_f5"3) ragen.

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