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Flügelrad Es sind Flügelräder bekannt, bei denen zur Erzielung eines
guten Wirkungsgrades und eines ruhigen Laufs der Neigungswinkel der Flügel gegenüber
der Rotationsebene zur Nabe hin fortlaufend größer wird. Auch ist es nicht mehr
neu, dieserhalb den rückwärtigen Teil der Flügel zu krümmen und die Flügel einander
zum Teil übergreifen zu lassen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Eintrittskante der einzelnen
Flügel gekrümmt ist und mit der konvexen Außenkante eine "orspringende Spitze bildet,
ferner der Radius der Außenkante von einer mittleren radialen Linie aus bis zur
Austrittskante gleichbleibt und von der mittleren Linie bis zur Eintrittskante hin
abnimmt und die Oberfläche der Flügel aus einer Anzahl von ebenen Kreisbogen geformt
ist, deren Steigung von der Außenkante bis zur Nabe fortlaufend zunimmt. Hierdurch
wird die Wirkungsweise des Flügelrades hinsichtlich Luftgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsverteilung
bei ruhigem Lauf bedeutend verbessert.
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An Hand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung sei die Erfindung
näher erläutert.
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In der Zeichnung stellt Abb. i die Ansicht eines Ventilators mit drei
Flügeln dar. Abb.2 ist eine Seitenansicht des Ventilators nach Abb. i, Abb.3 die
Ansicht eines Flügels nach Abb. i und 2, dessen Oberfläche durch tun die Achse des
Ventilators geschlagene Kreisbogen aufgeteilt ist.
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Abb.4 stellt eine Seitenansicht eines Flügels nach Abb. 2 dar und
zeigt die relative Lage der Kreisbogen zueinander, wie sie auf der Oberfläche des
Flügels nach Abb. 3 gezogen sind.
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Abb.5 ist eine Seitenansicht eines Ventilators mit besonders gestalteten
Flügeln und Abb. 6 eine Seitenansicht eines der Flügel nach Abb. 5.
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Der gesamte Ventilator ist mit io bezeichnet und besitzt drei Flügel
i i, i -q und 13, die an der Nabe 14 mittels Schrauben 15 befestigt sind. Das durch
einen Ventilator hervorgerufene Geräusch wächst mit der Zahl der Flügel. Wenn nur
ein Flügel benutzt und dessen Oberfläche genügend groß gemacht würde, um eine verhältnismäßig
große Luftmenge zu bewegen, so würde die axiale Länge des Flügels notwendigerweise
zu lang. Dies würde auch bei einem Ventilator mit zwei Flügeln der Fall sein. Vorzugsweise
gelangen daher drei Flügel zur Anwendung, die mit normaler Geschwindigkeit umlaufen.
Eine größere Anzahl von Flügeln wäre natürlich
wünschenswert, wenn
die Möglichkeit bestände, den Ventilator mit einer niedrigeren Geschwindigkeit umlaufen
zu lassen. Die Verringerung in der Geschwindigkeit wirkt nämlich dem Anwachsen der
Geräuschbildung entgegen, die bei einer größeren Anzahl von Flügeln auftreten würde.
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Die Flügel z z, 12 und 13 sind in- ihrem Aufbau einander gleich.
jeder der Flügel besitzt eine Führungskante 16, die konkav ausgebildet ist und sich
von der Nabe aus nach der äußeren Kante des Flügels erstreckt. Die Führungskante
ist so gekrümmt, daß die Luft bei verminderter Steigung mit anwachsender l'infangsgeschwindigkeit
aufgenommen wird, wie nachstehend erläutert ist. Die gekrümmte Führungskante bewirkt
auch eine Vergrößerung der angesaugten Luft ini Vergleich zu einer Ausführung mit
geradliniger Führungskante.
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Die rückwärtige Kante 17 eines jeden Flügels ist im wesentlichen geradlinig,
aber es ist nicht notwendig, daß sie auf ihrer gaiizenrLänge gerade verläuft, sondern
es ist wünschenswert, sie in der Nähe der Umfangskante abzurunden, weil eine scharfe
Ecke geräuschbildende Wirbel hervorruft, wo die lineare Geschwindigkeit der Flügel
hoch ist.
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jeder Ventilatorflügel sei als in zwei Teile zerfallend betrachtet.
Der erste Teil ist die Führungshälfte und erstreckt sich von der Führungskante bis
zu dem mittleren Radius, um welchen der Flügel verdreht ist und der in Abb. 3 mit
o-o' bezeichnet ist. Der andere Teil des Flügels wird von der rückwärtigen Hälfte
gebildet und erstreckt sich von dem Radius o-o' nach Abb. 3 bis zur rückwärtigen
Kante des Flügels. Die Umfangskante rf; des Flügels ist konvex und verläuft auf
der rückwärtigen Hälfte nach einem Kreisbogen mit gleichem Radius, während in der
anderen Hälfte der Radius von dein Mittelradius o-o bis zur Führungskante abnimmt.
Auf diese Weise wird die Luft an der Außenkante des Flügels von der Führungskante
bis zum Radius o-o' in den Ventilator hineingezogen. Hierdurch wird die Luftbewegung
verstärkt zusätzlich zu der bereits durch die Gestaltung der Führungskante erreichten
größeren Luftströmung.
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Die Gestalt der Oberfläche der Flügel sei an Hand der Abb. 3 und 4
erläutert. In Abb.3 ist ein Flügel gezeigt mit auf dir Oberfläche gezogenen Kreisbogen,
die von der Achse des Ventilators aus als Mittelpunkt geschlagen sind. Diese Kreisbogen
sind finit den Buchstaben a bis j bezeichnet. jeder dieser Kreisbogen liegt in einer
Ebene, und der Winkel, unter welchem diese Ebene zu der Ebene des Ventilators geneigt
ist, wird von der Außenkante oder von dein Kreisbogen a aus nach innen oder nach
dem Kreisbogen j zu immer größer. Die relative Lage der Kreisbogenebenen zueinander
ist in Abb. 4. veranschaulicht. Obgleich die Oberfläche der Flügel nach Abb. a gekrümmt
ist, legt also jeder von der Achse des Ventilators aus geschlagene Kreisbogen in
einer Ebene. Jedes Luftteilchen wandert demnach auch in einer Ebene an der Oberfläche
des Flügels entlang. Die Steigung längs eines Kreisbogens nimmt von der Führungskante
bis zu dem Radius o-o' zu und verringert sich von hier aus bis zur rückwärtigen
Kante des Flügels. Diese Abnahme in der Steigung voll dem Radius o-o' aus bis zur
rückwärtigen Kante wird dadurch bis zu einem bestimmten Maße ausgeglichen, daß die
rückwärtige Kante, wie in Abb. -y dargestellt, umgebogen ist. Dieser Ausgleich wird
noch dadurch vervollkommnet, daß man die ganze rückwärtige Hälfte des Flügels zusätzlich
zu der Umbiegung der rückwärtigen Kante krümmt, wie Abb.6 zeigt. In manchen Fällen
mag es sogar zweckmäßig sein, der rückwärtigen Flügelhälfte die Gestalt einer Schraube
mit konstanter Steigung zu geben. Die Vergrößerung des Winkels der Kreisbogen von
der Außenkante des Flügels aus zu der Nabe hin dient dazu, den Unterschied in der
Umfangsgeschwindigkeit auszugleichen und somit eine bessere Verteilung der Luftgeschwindigkeit
von dein Mittelpunkt des Ventilators aus nach dessen äußerem Umfang hin zu erreichen.
Gleichzeitig bewirkt diese Winkelvergrößerung einen Ausgleich gegenüber der Abnahme
in der Bogenlänge.
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Der Flügel nach Abb. S besitzt im wesentlichen eine ebene Oberfläche,
d. 1i. alle Kreisbogen a bis j liegen in derselben Ebene. Die einzige Abweichung
der Oberfläche dieses Flügels von einer Ebene befindet sich an der rückwärtigen
Kante, welche abgebogen ist, um die Verminderung in der Steigung von dem Radius
o-o' aus bis zur rückwärtigen Kante.des Flügels anzugleichen. Der Winkel dieses
Flügels gegenüber der Ventilatorebene entspricht dem Durchschnittswinkel aller Kreisbogen
a bis j, die in Abb. 2 gezeigt sind. Die Wirkungsweise des Ventilators nach Abb.
5 stimmt im wesentlichen mit der des Ventilators nach Abb. 2 überein, und seine
Herstellung ist etwas weniger kostspielig als die der gekrümmten Flügelform nach
Abb. :2. Der Hauptunterschied zwischen beiden Flügeln in der Wirkungsweise beruht
darin, daß der Flügel nach Abb.2 eine bessere Geschwindigkeitsverteilung der Luft
zwischen der Ventilatorachse und der Außenkante des Flügels ergibt.
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Die verschiedenen Ausführungsformen der Flügel werden besser verständlich
an Hand
der Abb. 3, q. und 7, 8, in welchen die geometrischen Beziehungen
der Flügelform dargestellt sind. Es sei zunächst angenommen, daß der Flügel vollkommen
eben ist und die Austritts- und Eintrittskanten einen Winkel von i8o° bilden. Dieser
Flügel ist nach Abb. 7 und 8 so mit der Welle w des Flügelrades verbunden, da,ß
er in dem mittleren Radius o-o' um den Winkel a," gegen die rotationsebene z-z des
Flügelrades geneigt ist.. Dann stellt der Winkel a"1 den Steigungswinkel des Flügels
in der Linie o-o' dar. An den um 9o° gegen o-o' versetzten Ein- -und Austrittskanten
16, 17 ist der Winkel a --_ Null, denn diese Kanten stehen senkrecht auf einer durch
die Drehachse gelegten Ebene y-y. In einer beliebigen radialen Linie o-h ist der
Steigungswinkel a - a," cos x, wobei x den Winkel zwischen dieser
Linie und dem mittleren Radius o-o' bezeichnet. Beträgt z. B. der mittlere Steigungswinkel
aa = 25' und liegt die Eintrittskante 16 um 6o° vor dem Radius o-o', so ist
der Steigungswinkel an der Eintrittskante 25 # cos 6o - 12,5°.
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Diese Betrachtungen an einem ebenen Flügel entsprechen.. der Abb.
5 lassen sich auch auf einen Flügel nach Abb. 2 anwenden, bei welchem der mittlere
Steigungswinkel nicht konstant ist, sondern sich mit dem Abstande von der Drehachse
ändert. Diese Flügelform ist durch die Diagramme Abb.3 und q. gekennzeichnet. Die
mit a bis j bezeichneten Linien in Abb. ¢ geben den mittleren Steigungswinkel der
Flügelzonen a bis j in der Linie o-o' an.
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Die Ventilatorflügel erstrecken sich von dem Radius o-o' aus nicht
über go°, weil hierdurch der Ventilator in seiner axialen Länge zu groß würde. Es
wurde gefunden, daß es vollkommen genügt, den Ventilatorflügel auf seinem Außenumfang
ungefähr um 75° von dem Radius o-o' aus zu erstrecken, wo die Steigung genügend
gering ist, um die Luft ohne Geräusch aufzunehmen. Läßt man also die Führungskante
auf dein äußeren Umfang des Flügels um 75° gegenüber dem Radius o-ö vorspringen,
so ist der Steigungswinkel dort sehr klein gewählt, wo die Umfangsgeschwindigkeit
hoch ist. Die Gestalt der Führungskante ist, wie oben erwähnt, so gewählt, daß sich
der Flügel von der Nabe aus nach dem äußeren Umfang allmählich vorstreckt und somit
der Steigungswinkel von der Nabe nach der Außenkante des Flügels hin abnimmt. Der
Steigungswinkel verringert sich also in dein Maße, wie die lineare Geschwindigkeit
der Führungskante zunimmt, und die anfänglich in axialer Richtung erfolgende Verteilung
der Luft durch den Flügel ist von der Nabe aus bis zur Außenkantet des Flügels im
wesentlichen gleich. Die Luftaufnahme mittels einer Führungskante dieser Art und
eines verhältnismäßig geringen Steigungswinkels vermindert beträchtlich die Geräuschbildung
beim Eintritt der Luft in den Ventilator. Die 1-ückwärtige Kante des Flügels ist
gegenüber dem mittleren Radius o-o' um ungefähr 6o° versetzt. Wie oben erwähnt,
wird die ebene Oberfläche der Flügel in ihrem rückwärtigen Teil dadurch verändert,
daß man sie zwecks Ausgleich der abnehmenden Steigung verdreht. Wie in Abb. 6 gezeigt,
kann die rückwärtige Hälfte der Flügel über deren ganze Ausdehnung auch gekrümmt
werden, um die verminderte Steigung auszugleichen und gleichzeitig eine zunehmende
Steigung für diesen Teil des Flügels zu erhalten. Vorteilhaft ist es, den rückwärtigen
Teil des Flügels in der Nähe der Nabe des Ventilators mehr zu drehen als am äußeren
Umfang, um eine bessere Verteilung der Luftgeschwindigkeit zu erreichen. Die noch
stärkere Drehung des rückwärtigen Flügelteiles in der Nähe der Nabe vermehrt die
Geräuschbildung nicht in dem Maße, wie sie an der Außenkante auftreten würde, weil
die lineare Geschwindiglceit des Flügels in der Nähe der Nabe geringer ist.
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Wie am besten aus Abb. z hervorgeht, übergreift der rückwärtige Teil
eines Flügels den Führungsteil des folgenden Flügels. Auf diese Weise schirmt die
rückwärtige Hälfte eines Flügels die Schneidkante des folgenden Flügels ab, was
noch mehr zur Verringerung des Geräusches beim Eintritt der Luft in den Ventilator
beiträgt. Die überlappung der Flügel stellt auch sicher, daß die maximale Scheibenfläche
des Ventilators ausgenutzt wird. Hierdurch wird es möglich, den Durchmesser .des
Ventilators beträchtlich herabzusetzen und gleichzeitig eine große Luftmenge zu
bewegen. Die Verminderung des Ventilatordurchmessers ist wiederum äußerst wichtig
für die Herabsetzung des Ventilatorgeräusches, weil hierdurch die Umfangsgeschwindigkeit
der Flügelspitzen verkleinert wird. Bei den bekannten Ventilatoren ist nämlich die
hohe Umfangsgeschwindigkeit der Flügelspitzen die Hauptursache für die Geräuschbildung.
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Um irgendwelche Geräusche zu vermindern, welche von der Vibration
des Ventilatorflügels hervorgerufen werden, die auf Nabe und Motor übertragen wird,
ist eine geräuschdämpfende Zwischenlage ig, wie sicin Abb. 2 und 5 dargestellt ist,
zwischen dem Ventilatorflügel und der Nabe 14. angebracht. Diese Zwischenlage kann
aus irgendeinem geräuschdämpfenden Material, beispielsweise Gummi o. dgl., bestehen.