DE3104203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Axial-Flügelrad mit mehreren Flügeln mit konstantem Neigungswinkel über ihre gesamte Fläche, die sich während des Betriebes nicht verwinden und die gegen die Profilsehne hin abgewinkelte Leitflächen aufweisen, welche sich entlang der Hinterkante der Flügel erstrecken, wobei die Breite der Leitflächen in radialer Richtung, also zum Flügelende hin abnimmt.

Gegenwärtig wird die Erhöhung der Zugkraft von Axialventilatoren in den Flügelzonen geringerer Umfangsgeschwindigkeit durch folgende Maßnahmen erzielt:

• a) Vergrößerung der Flügelsehne (Breite) vom äußeren Ende zur Flügelnase hin,
• b) Verwindung des Flügels, wobei der geometrische Anstellwinkel der Flügelschnitte vom äußeren Ende zur Flügelnase hin vergrößert wird,
• c) Kombination der vorherigen Maßnahmen a) und b).

Diese Lösungen weisen folgende Nachteile auf:

• 1) Die Sehnenveränderung des Flügelprofils ist bei spritzgegossenen massiven Flügeln nicht ausführbar und ist bei Hohlflügeln schwierig, insbesondere wenn die Flügel verstärkt sind.
• 2) Bei aus Kunststoff gefertigten und bei spritzgegossenen Flügeln ist die Verwindung nicht durchführbar.
• 3) Verwundene Flügel aus leichten Legierungen und verwundene spritzgegossene Flügel sind sehr schwer herstellbar auf Grund
  • - der Notwendigkeit die Streckgrenze des Materials zu überschreiten, und
  • - der praktischen Unmöglichkeit, eine geeignete Verwindung erzielen zu können, ohne dabei den Flügel zu beschädigen, insbesondere bei Flügeln mit einem muschelförmigen Querschnitt (shell section) und kleinem Verhältnis von Flügellänge zu Flügelsehne.

Die US-PS 23 85 070 beschreibt ein Axial-Flügelrad, mit abgewinkelten Leitflächen, wobei die Leitflächen mit den Flügelflächen einen stumpfen Winkel bilden. Weiter sind die Flügel flach ausgebildet und verbreitern sich von dem an der Radnabe befestigten Ende zum äußeren Ende hin, das heißt, sie besitzen einen ungleichmäßigen Querschnitt. Die Flügelräder sind aus Metall gefertigt und werden aus Blechen gestanzt. Diese Herstellungsmethode ist für die Massenfertigung wenig geeignet.

Die CH-PS 3 68 892 beschreibt ebenfalls ein Axial-Flügelrad, das insbesondere für Ventilatoren geeignet ist. Die in dieser Publikation beschriebenen Flügel weisen Leitflächen auf, die keinen definierten Winkel mit der Flügelfläche bilden. Die Leitflächen führen vielmehr das Flügelprofil fort und erstrecken sich in einem zur Rotorebene kontinuierlich vergrößernden Winkel bogenförmig vom Flügel weg. Die Flügelräder haben außerdem eine dreieckförmige Gestalt, so daß die Herstellung mittels moderner Kunststoffverarbeitungsverfahren nicht möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Axial-Flügelrad zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Zugkraft aufweist und das sich in großer Stückzahl leicht und einfach im Spritzguß- oder Extrusionsverfahren herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Axial-Flügelrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

• a) der Querschnitt der Flügel über die gesamte Länge konstant ist,
• b) die Leitfläche im wesentlichen die Form eines rechteckigen Dreieckes hat, dessen längere Kathete sich an der Hinterkante des Flügels erstreckt,
• c) die Leitfläche mit der Profilsehne einen Winkel von 10 bis 70° bildet und
• d) die maximale Breite der Leitflächen nicht mehr als etwa 30% der Breite der Flügel beträgt.

Vorzugsweise erstreckt sich die Leitfläche entlang der gesamten Flügellänge oder nur einem Teil davon.

Das erfindungsgemäße Axial-Flügelrad besitzt eine hohe Zugkraft bzw. Auftriebszahl des Flügelprofils, insbesondere in den Flügelzonen mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit. Weiter ist das erfindungsgemäße Flügelrad für die Massenherstellung im Spritzguß- oder Extrusionsverfahren geeignet.

Durch geeignete Kombination der Flügeltiefe und des Anstellwinkels können in den Flügelzonen geringer Umfangsgeschwindigkeit gleich große oder größere Erhöhungen der Flügelzugkraft erzielt werden als mit Hilfe von Flügelverwindungen. Der Totalnutzeffekt eines mit den vorgeschlagenen Leitflächen ausgerüsteten Flügelrads ist bei gleicher Ausführung gleich groß oder sogar etwas größer als jener eines herkömmlichen Ventilatos mit verwundenen Flügeln.

Das Diagramm aus Fig. 1 zeigt die Änderung der Auftriebszahl C _L des Flügelprofils mit und ohne Leitflächen, Kurven A und B, als Fuktion des aerodynamischen Anstellwinkels des Profils.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt die Änderung der Auftriebszahl C _L als Funktion der Tiefe der Leitfläche, die in Prozenten in bezug auf die Profilsehne ausgedrückt wird.

Fig. 3 zeigt eine typische Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden werden mögliche Ausführungsformen der Leitfläche beschrieben.

• - Die Leitfläche 2 kann an der Hinterkante 3 des Flügels 1 entlang seiner gesamten Länge 5 oder nur einem Teil seiner Länge 6 befestigt sein (Fig. 4a, 4b).
• - Die Neigung 7 der Leitfläche 2 in bezug auf die Profilsehne 8 kann konstant sein oder sich entlang dem Flügelradius 9 ändern.
• - Die Tiefe 10 der Leitfläche 2 kann sich in bezug auf den Radius 9 des Flügels 1 linear (Fig. 5a) oder nicht linear (Fig. 5b) oder linear und nicht linear kombiniert verändern.
• - Die Leitfläche 2 kann eine einfache gebogene Platte sein (Fig. 6).
• - Der vom Flügel 1 abgewinkelte Teil 12 der Leitfläche 2 kann gerade (Fig. 7a) oder nach außen (Fig. 7b) oder nach innen (Fig. 7c) gekrümmt verlaufen, oder gemäß einer Kombination dieser Formen.

Bei der Verbindung der Leitfläche 2 mit dem Flügel 1 sind folgende Ausführungsformen möglich:

• a) Der Anstellwinkel 7 zwischen Leitfläche 2 und Flügel 1 ist starr und nicht einstellbar.
• b) Der Anstellwinkel zwischen Leitfläche 2 und Flügel 1 kann nur eingestellt werden, wenn der Ventilator steht.
• c) Der Anstellwinkel zwischen Leitfläche 2 und Flügel 1 kann eingestellt werden, auch wenn der Ventilator in Betrieb ist.

Die Leitfläche 2 kann an den Flügel 1 durch Kleben, Vernieten, Verschrauben, Verschweißen, Verschwalben (Fig. 8), durch Kombination dieser Maßnahmen oder auf andere Weise befestigt sein.

Die Leitfläche 2 kann auch durch Entfernen eines Teils 13 des Flügels 1 erhalten werden, wobei dann die Leitfläche 2 einstückig zum Flügel gehört (Fig. 9).

Der Anstellwinkel 7 der Leitfläche 2 in bezug auf die Profilsehne 8 des Flügels 1 kann 10 bis 70° betragen. Kleinere Anstellwinkel als 10° und größere als 70° gewährleisten nicht die gewünschte Wirkung. Die besten Ergebnisse werden bei einem Anstellwinkel von etwa 40° erzielt.

Die Tiefe der Leitfläche 10 kann 0 bis 30% der Flügelbreite 11 betragen.

Es wird ein Beispiel (Fig. 10) beschrieben, das zur Erläuterung der Erfindung dient.

Schematisch wird die Radnabe 14 des Flügels 1 mit der Leitfläche 2 eines Axialventilators dargestellt. Die Merkmale des Ventilators mit vier Flügeln sind folgende:

In Fig. 11 sind die Versuchsergebnisse grafisch dargestellt, wobei der Radius r als Abzisse und die Zugkraft pro Öffnungseinheit (kg/m) als Ordinate gewählt sind.

Die drei Diagramme zeigen die Änderung der Zugkraft pro Spannweiteneinheit (opening unit) als Funktion des Radius r.

Diagramm A steht für unverwundene Flügel ohne Leitfläche, Diagramm B steht für verwundene Flügel ohne Leitfläche, Diagramm C steht für unverwundene Flügel mit Leitfläche.

Die Erhöhung der Zugkraft in Diagramm C, welche den Ergebnissen einer erfindungsgemäßen Ausführung entspricht, ist ersichtlich.

Claims (2)

1. Axial-Flügelrad mit mehreren Flügeln (1) mit konstantem Neigungswinkel über ihre gesamte Fläche, die sich während des Betriebes nicht verwinden und die gegen die Profilsehne hin abgewinkelte Leitflächen (2) aufweisen, welche sich entlang der Hinterkante der Flügel (1) erstrecken, wobei die Breite (10) der Leitflächen (2) in radialer Richtung, also zum Flügelende (1) hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Querschnitt der Flügel (1) über die gesamte Länge konstant ist,
• b) die Leitfläche (2) im wesentlichen die Form eines rechteckigen Dreieckes hat, dessen längere Kathete (4) sich an der Hinterkante (3) des Flügels (1) erstreckt.
• c) die Leitfläche (2) mit der Profilsehne (8) einen Winkel von 10° bis 70° bildet und
• d) die maximale Breite (10) der Leitflächen (2) nicht mehr als etwa 30% der Breite (11) der Flügel (1) beträgt.

2. Axial-Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitfläche (2) entlang der gesamten Flügellänge (5) oder nur einem Teil davon (6) erstreckt.