EP2921711B1

EP2921711B1 - Radialventilatorrad und Gebläseanordnung

Info

Publication number: EP2921711B1
Application number: EP14001050.5A
Authority: EP
Inventors: Matthias Wolf; Yingan Dr. Xia
Original assignee: Punker GmbH
Current assignee: Punker GmbH
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: EP2921711A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Radialventilatorrad mit einer Tragscheibe, einer Ringdüse und mehreren radial ausgerichteten Ventilatorschaufeln, deren Unterkanten zumindest abschnittsweise mit der kreisförmigen Tragscheibe verbunden sind, deren Oberkanten zumindest abschnittsweise mit der konzentrisch und beabstandet zur Tragscheibe angeordneten Ringdüse verbunden sind, deren Innenkanten radialinnenliegend angeordnet sind und deren Außenkanten radialaußenliegend angeordnet sind, wobei die Unterkanten in einer parallel zur Tragscheibe ausgerichteten Projektionsebene eine erste Krümmung und die Oberkanten in der Projektionsebene eine zweite, von der ersten Krümmung abweichende Krümmung aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Gebläseanordnung.
Die BE 563373 A offenbart unterschiedlich gekrümmte Schaufeln für rückwärtsgekrümmte Radialventilatorräder, beispielsweise konkav gekrümmte, konvex gekrümmte und abwechselnd konkav und konvex gekrümmte Schaufeln.
Aus der EP 0 112 932 A1 ist ein Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten, profilierten Schaufeln bekannt, bei dem die Schaufeln einen deckplattenseitigen Schaufeleintrittswinkel aufweisen, der geringfügig kleiner als ein tragplattenseitiger Schaufeleintrittswinkel ist, wobei diese Schaufelgeometrie durch Verwindung oder Scherung des Schaufelprofils erreicht wird.
Die JP 406307390 A offenbart eine Schaufelgeometrie für eine profilierte Schaufel, die durch Verwindung einer gleichmäßig gekrümmt ausgebildeten, profilierten Schaufeln gewonnen werden kann.
Die GB 723,706 A ist auf Schaufelgeometrien ausgerichtet, die durch Verwindung von wahlweise plattenförmig oder profilierten Schaufeln hergestellt werden können, wobei Querschnitte der Schaufel an der Deckscheibe und an der Rotorscheibe jeweils identisch sind.
Aus der EP 0 486 691 A1 ist eine Schaufel für ein Radialventilatorrad bekannt, bei der die Oberkante und die Unterkante der Schaufel die gleiche Krümmung aufweisen und zueinander verdreht ausgebildet sind.
Die WO 2013/073469 A1 offenbart eine Schaufel, bei der die Krümmung der Oberkante identisch mit der Krümmung der Unterkante ist, wobei die Oberkante verdreht zur Unterkante ausgerichtet ist.
Die US 2012/005656 A1 offenbart einen Turbolüfter mit einer eine Hauptplatte und mehreren Blättern, die in Abständen um eine Drehachse der Hauptplatte angeordnet sind, wobei wenigstens ein Blatt umfasst: einen ersten Blattabschnitt mit einem führenden Ende und einem hinteren Ende; einen zweiten Blattabschnitt mit einem führenden Ende und einem hinteren Ende(T2), und einen dritten Blattabschnittmit einem führenden Ende und einem hinteren Ende, wobei der dritte Blattabschnitt zwischen dem ersten Blattabschnitt und dem zweiten Blattabschnitt angeordnet ist, wobei das hintere Ende des ersten Blattabschnitts weiter in Richtung der Drehrichtung als das hintere Ende des zweiten Blattabschnitts (A2) angeordnet ist, wobei das hintere Ende des dritten Blattabschnitts zwischen dem hinteren Ende des ersten Blattabschnitts und dem hinteren Ende des zweiten Blattabschnitts angeordnet ist, und wobei das führende Ende des dritten Blattabschnitts weiter in Richtung einer Unterdruckseite des Blatts als das führende Ende des ersten Blattabschnitts angeordnet ist und wobei das führende Ende des ersten Blattabschnitts zwischen dem führenden Ende des zweiten Blattabschnitts und dem führenden Ende des dritten Blattabschnitts angeordnet ist.
Aus der FR 2 811 156 A1 ist ein Ventilator bekannt, der einen ersten Satz von Schaufeln, die nach außen divergierende Lüftungskanäle bilden, und einen zweiten Satz von Schaufeln, der kürzer als der erste Satz von Schaufeln ist und am äußeren Ende der zwischen dem ersten Satz von Schaufeln gebildeten Kanäle montiert ist, aufweist.
Die US 6 499 954 B1 offenbart eine Zentrifugallaufradschaufel mit einer Vorderkante, einer Hinterkante, einer Vorderfläche und einer Rückfläche, wobei mindestens eine der Vorder- oder Rückseiten zumindest teilweise durch einen Radius definiert ist, der sich von der Vorderkante zur Hinterkante erstreckt.
Aus der DE 203 03 443 U1 ist ein Radiallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe, die über einen Schaufelkranz miteinander verbunden sind, bekannt. Dabei umfasst der Schaufelkranz von innen nach außen gegen die Laufrichtung geneigt verlaufende und in Achsrichtung ausgerichtete Leitschaufeln, deren parallel zur Drehachse verlaufende Außenkanten einen Schaufelaustrittsdurchmesser definieren.
Aus der DE 10 2004 047 993 A1 ist ein Backofen mit einer durch eine Ofentür verschließbaren Offenmuffel und mit einer an der Muffelrückseite angeordneten Gebläsekammer bekannt, in der sich ein Heißluftgebläse befindet, das Luftströmungen durch Luftaustrittsöffnungen in einer parallel zur Muffelrückseite angeordneten Gebläsekammerwand in Richtung der Ofentür leitet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Radialventilatorrad und eine Gebläseanordnung bereitzustellen, die unabhängig von der Drehrichtung für das Radialventilatorrad einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Geräuschentwicklung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für ein Radialventilatorrad der eingangsgenannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst..
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Radiallüfterrad kann ein hoher Wirkungsgrad für eine Umsetzung eingeleiteter Bewegungsenergie in Strömungsenergie des zu fördernden Fluids nur in einer einzigen Drehrichtung verwirklicht werden. In einer zweiten Drehrichtung für das Radiallüfterrad ergibt sich deutlich schlechterer Wirkungsgrad für die Förderung des Fluids. Dies hängt mit der gegen die Laufrichtung geneigt verlaufende Gestaltung der Leitschaufeln zusammen, die für eine Rotation des Radiallüfterrads in einer vorgebaren Drehrichtung optimiert ist. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Backofen ist ein Haltluftgebläse vorgesehen, das ein Lüfterrad umfasst, welches ebenfalls rückwärtsgekrümmte Schaufeln aufweist und somit ebenfalls nur in einer von zwei möglichen Rotationsrichtungen einen vorteilhaften Wirkungsgrad für die Umsetzung der eingeleiteten Rotationsenergie aufweist. Insbesondere bei einem Einsatz von Radialventilatorrädern in Haushaltsgeräten wie Backöfen oder Wäschetrocknern, bei denen eine Luftumwälzung im jeweiligen Gerät vorgesehen ist, werden Radialventilatorräder verlangt, die in beiden Rotationsrichtungen einen vorteilhaften Wirkungsgrad aufweisen. Diese Forderung kann mit dem erfindungsgemäßen Radialventilatorrad erfüllt werden, bei dem die Ventilatorschaufeln abweichend vom Stand der Technik nicht nur in einer einzigen Raumrichtung gekrümmt ausgebildet sind, sondern in mehreren Raumrichtungen gekrümmt ausgeführt sind. Bei geeigneter Ausführung der Krümmungen der Ventilatorschaufeln kann dadurch in beiden Rotationsrichtungen des Radialventilatorrads ein vorteilhafter Wirkungsgrad erzielt werden. Dazu weisen die Oberkanten und Unterkanten der Ventilatorschaufeln bei Projektion in eine gemeinsame, parallel zur Tragscheibe ausgerichtete Projektionsebene voneinander unterschiedliche Krümmungen auf, wobei die jeweiligen Krümmungen derart gewählt sind, dass sich unabhängig von der Rotationsrichtung für das Radialventilatorrad der gewünschte vorteilhafte Wirkungsgrad einstellt. Von dem Begriff der Krümmung sind Kreisbogensegmente, Ellipsensegmente oder vorzugsweise stetige Abfolgen von Krümmungsverläufen mit umfasst. Ferner sind hiervon auch Krümmungsradien umfasst, die ein Vielfaches der Länge der Oberkante bzw. Unterkante umfassen, so dass die jeweilige Kante zumindest nahezu einer Geraden entspricht. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass nur eine der beiden Kanten einen derart großen Krümmungsradius aufweist, während die andere Kante eine Krümmung mit einem Krümmungsradius aufweist, der beispielsweise kleiner als die 10-fache Länge der jeweiligen Kante ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Krümmung und die zweite Krümmung in der Projektionsebene einander entgegengesetzt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Projektion der Unterkante und der Oberkante in die Projektionsebene zwei Krümmungslinien erzeugt werden, die sich an einer einzigen Stelle berühren, endseitig an zwei Stellen berühren, sich an einer Stelle schneiden, sich an mehreren Stelle schneiden oder beabstandet voneinander angeordnet sind. Jedenfalls sind Krümmungsmittelpunkte der ersten Krümmung und der zweiten Krümmung aufeinander entgegengesetzte Seiten der durch Projektion der Unterkanten und Oberkanten in die Projektionsebene entstehenden Krümmungslinien. Beispielsweise sind die Krümmungen der Unterkanten und Oberkanten derart ausgebildet, dass sich zwei jeweils zueinander konkave oder zwei jeweils zueinander konvexe Krümmungslinien gegenüber liegen oder in vorstehend genannter Weise übereinander liegen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenkannte und die Außenkante windschief zueinander ausgerichtet sind. Dabei sind die Innenkante und die Außenkante jeweils als Geraden ausgebildet und weisen keine gemeinsame Ebene auf, sodass sie sich weder schneiden noch parallel zueinander sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Innenkante und/oder die Außenkante gekrümmt, insbesondere gegensinnig zueinander gekrümmt, ausgebildet sind, hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Anpassung der Ventilatorschaufeln auf die Fluidströmungen, die sich bei der Rotation des Radialventilatorrads in den zwei einander entgegengesetzten Rotationsrichtungen ergeben, angepasst werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Oberfläche der Ventilatorschaufel zwischen der Innenkante und der Außenkante als Torsionsfläche ausgebildet ist. Unter einer Torsionsfläche soll in diesem Zusammenhang eine Oberfläche verstanden werden, die sich bei Beaufschlagung einer ursprünglich eben ausgeführten Ventilatorschaufel mit Torsionsspannungen ergibt. Derartig ausgeformte Ventilatorschaufeln können beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein bandförmiges Schaufelmaterial parallel zu einer längsten Kante in sich verdreht wird, um anschließend den verdrehten Bereich in kurze Abschnitte zu unterteilen, die dann als Ventilatorschaufeln zwischen die Tragscheibe und die Ringdüse eingesetzt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Torsionsachse der Ventilatorschaufel in radialer Richtung ausgerichtet ist. Entsprechend dem vorstehend angeführten Herstellungsbeispiel würde somit die parallel zur längsten Kante des ursprünglichen Bandmaterials ausgerichtete und als Verdrehungsachse für das Bandmaterial dienende Achse die Torsionsachse bestimmen, die dann bei Einsatz der entsprechenden Ventilatorschaufeln in radialer Richtung im Radialventilatorrad ausgerichtet ist.
Zweckmäßig ist es, wenn die Innenkanten der Ventilatorschaufeln eine ringförmige Einströmfläche beranden und/oder die Außenkanten der Ventilatorschaufeln eine ringförmige Ausströmfläche beranden. Die Einströmfläche befindet sich im Inneren des Radialventilatorrads und bezeichnet denjenigen Flächenbereich, durch den unabhängig von der Rotationsrichtung des Radialventilatorrads Fluid in Strömungskanäle eintritt, die von den Ventilatorschaufeln, der Tragscheibe und der Ringdüse berandet werden, wobei das Fluid drehrichtungsunabhängig in radialer Richtung nach außen gefördert werden soll. Exemplarisch kann angenommen werden, dass sich die Einströmfläche durch eine Rotation einer der Innenkanten der Ventilatorschaufeln um eine Rotationssymmetrieachse der Tragscheibe und/oder der Ringdüse ergeben. Die regenförmige Ausströmfläche kann in identischer Weise wie die ringförmige Einströmfläche durch Rotation einer Außenkante einer Ventilatorschaufel um die Rotationssymmetrieachse der Tragscheibe und/oder der Ringdüse erzeugt werden und bezeichnet diejenige Fläche, durch die das vom Radialventilatorrad drehrichtungsunabhängig geförderte Fluid in radialer Richtung nach außen austritt. Vorteilhaft ist es, wenn eine gerade Anzahl von gleichartig geformten Ventilatorschaufeln vorgesehen ist und wenn benachbart angeordnete Ventilatorschaufeln aneinander entgegengesetzte Krümmungen der Oberkanten aufweisen. Durch die Auswahl der Anzahl von Ventilatorschaufeln als ganzteiliges Vielfaches von zwei sowie die Verwendung von gleichartig geformten Ventilatorschaufeln, die jeweils wechselseitig entgegengesetzte Krümmungen der Oberkanten aufweisen wird für beide Rotationsrichtungen des Radialventilatorrads eine identische Wechselwirkung zwischen den Ventilatorschaufeln und dem Fluid bewirkt, sodass unabhängig von der gewählten Rotationsrichtung für das Radialventilatorrad der gleiche Wirkungsgrad erzielt werden kann. Exemplarisch ist vorgesehen, dass benachbart angeordnete Ventilatorschaufeln spiegelsymmetrisch zu einer die Rotationssymmetrieachse für die Tragscheibe und/oder die Ringdüse umfassenden Spiegelebene angeordnet sind. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ventilatorschaufeln in Umfangsrichtung des Radialventilatorrads mit gleicher Winkelteilung angeordnet sind, um eine homogene Fluidströmung zu gewährleisten.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventilatorschaufeln einen vorwärtsgekrümmten und einen rückwärtsgekrümmten Bereich aufweisen. Die Bezeichnungen vorwärtsgekrümmt und rückwärtsgekrümmt beziehen sich jeweils auf eine vorgegebene Rotationsrichtung für das Radialventilatorrad. Dementsprechend ergibt sich, dass bei Betrachtung einer einzigen Ventilatorschaufel ein vorwärtsgekrümmter Bereich in einer erste Rotationsrichtung zu einem rückwärtsgekrümmten Bereich in einer zweiten Rotationsrichtung des Radialventilatorrads wird. Aufgrund der entgegengesetzten Anordnung benachbarter Ventilatorschaufeln ergibt sich unabhängig von der gewählten Rotationsrichtung, dass die gleiche Anzahl und Anordnung von vorwärtsgekrümmten und rückwärtsgekrümmten Bereichen der einzelnen Ventilatorschaufeln bei der Förderung des Fluids wirksam sind. Dadurch wird die gewünschte Identität der Wirkungsgrade für die beiden unterschiedlichen Rotationsrichtungen des Radialventilatorrads gewährleistet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventilatorschaufeln einen stetigen Übergang zwischen dem vorwärtsgekrümmten und dem rückwärtsgekrümmten Bereich aufweisen. Durch diesen stetigen Übergang zwischen den Beiden Krümmungsbereichen wird gewährleistet, dass das Fluid unabhängig von der Rotationsrichtung des Radialventilatorrads in fluiddynamisch vorteilhafter Weise entlang der Ventilatorschaufeln strömen kann und nicht in unerwünschter Weise durch Kanten oder andere Übergangsformen zwischen den Krümmungsbereichen unerwünschte Wirbel entstehen, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads führen würden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer ersten Gruppe der Ventilatorschaufeln der vorwärtsgekrümmte Bereich der Ringdüse und der rückwärtsgekrümmte Bereich der Tragscheibe zugeordnet ist. Dementsprechend sind bei einer zweiten Gruppe der Ventilatorschaufeln der vorwärtsgekrümmte Bereich der Tragscheibe und der rückwärtsgekrümmte Bereich der Ringdüse zugeordnet. Diese Betrachtung ist jedoch jeweils nur für eine Rotationsrichtung anzustellen, bei Betrachtung der entgegengesetzten Rotationsrichtung kehren sich die Anordnungen von vorwärtsgekrümmten Bereichen und rückwärtsgekrümmten Bereichen dementsprechend um, da es sich hierbei um eine Definition handelt, die von der jeweiligen Rotationsrichtung abhängig ist.
In weiter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilatorschaufeln in wenigstens einer Raumrichtung eine variierende Dicke, insbesondere eine in radialer Richtung nach außen abnehmende Materialstärke, aufweisen. Mit einer variierenden Dicke oder Materialstärke können die Ventilatorschaufeln in vorteilhafter Weise an die Erfordernisse der Fluidströmung im Radialventilatorrad angepasst werden. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass die Ventilatorschaufeln in radialer Richtung nach außen eine abnehmende Materialstärke aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Ventilatorschaufeln wenigstens einen Bereich mit einer vorgegebenen Dicke und wenigstens einen Bereich mit einer doppelten Dicke umfassen. Derartige Ventilatorschaufeln können beispielsweise aus Blech hergestellt werden, das zur Erzeugung von Bereichen mit doppelter Dicke bereichsweise so umgeformt wird, dass sich zwei Blechlagen berühren.
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit einer Gebläseanordnung gelöst, wie sie im Anspruch 13 angegeben ist. Dabei weist die Gebläseanordnung einen elektrischen Antriebsmotor auf, der eine Antriebswelle zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung umfasst, ferner ein Radialventilatorrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das mit der Tragscheibe drehfest an der Motorwelle festgelegt ist und eine Ansteuereinrichtung, die derart zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie an den Antriebsmotor eingerichtet ist, dass eine Rotation des Radialventilatorrads von einer der Antriebswelle bestimmte Rotationsachse in einer ersten und in einer zweiten Rotationsrichtung vorgebbar ist. Eine derartige Gebläseanordnung kann beispielsweise in einem Haushaltsgerät, insbesondere in einem Backofen oder einem Wäschetrockner eingesetzt werden, um in einem Reversierbetrieb für das Radialventilatorrad eine wechselnde Fluiddurchströmung des jeweiligen Strömungsarms zu bewirken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

Figur 1: eine perspektivische Darstellung eines Radialventilatorrads mit einer Tragscheibe, einer Ringdüse und mehreren radial ausgerichteten Ventilatorschaufeln, die in gleicher Winkelteilung angeordnet sind,
Figur 2: eine vergrößerte Darstellung einer Ventilatorschaufel des Radialventilatorrads gemäß der Figur 1,
Figur 3: Krümmungsverläufe für die Oberkante und die Unterkante der Ventilatorschaufel gemäß der Figur 2,
Figur 4: eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Radialventilatorrads,
Figur 5: eine Detaildarstellung einer Ventilatorschaufel der zweiten Ausführungsform des Radialventilatorrads gemäß der Figur 4,
Figur 6: eine schematische Seitenansicht eines Radialventilatorrads zur Verdeutlichung der Anordnung von Tragscheibe, Ringdüse und Ventilatorschaufeln,
Figur 7: eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform Ventilatorschaufel für eine nicht dargestellte dritte Ausführungsform eines Radialventilatorrads,
Figur 8: eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform Ventilatorschaufel für eine nicht dargestellte vierte Ausführungsform eines Radialventilatorrads,
Figur 9: eine Draufsicht auf eine fünfte Ausführungsform Ventilatorschaufel für eine nicht dargestellte fünfte Ausführungsform eines Radialventilatorrads,
Figur 10: eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform Ventilatorschaufel für eine nicht dargestellte sechste Ausführungsform eines Radialventilatorrads,
Figur 11: eine perspektivische Darstellung einer siebten Ausführungsform eines Radialventilatorrads, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit die Ringdüse nicht dargestellt ist und
Figur 12: eine Detaildarstellung einer Ventilatorschaufel der siebten Ausführungsform des Radialventilatorrads gemäß der Figur 11.

Ein in der Figur 1 dargestelltes Radialventilatorrad 1 ist zur Anbringung an einer Antriebswelle eines nicht dargestellten Motors, insbesondere eines Elektromotors, ausgebildet. Durch wahlweise Rotation in eine von zwei Rotationsrichtungen kann das Radialventilatorrad 1 einen Fluidstrom, vorzugsweise einen Gasstrom, insbesondere einen Luftstrom, mit einer in radialer Richtung nach außen ausgerichteten Fluidströmung fördern. Dabei ist das Radialventilatorrad 1 derart ausgebildet, dass es den Fluidstrom in radialer Richtung nach außen unabhängig von der gewählten Rotationsrichtung mit einem stets zumindest nahezu identischen Wirkungsgrad, insbesondere mit identischem Wirkungsgrad, hervorrufen kann.
Das Radialventilatorrad 1 umfasst exemplarisch eine beispielhaft kreisscheibenförmig ausgebildete Tragscheibe 2, eine konzentrisch und beabstandet zur Tragscheibe 2 angeordnete Ringdüse 3 und mehrere zwischen der Tragscheibe 2 und der Ringdüse 3 angeordnete Ventilatorschaufeln 4. Bevorzugt sind die Ventilatorschaufeln 4 in einer konstanten Winkelteilung um eine Rotationssymmetrieachse 5 der Tragscheibe 2 und der Ringdüse 3 angeordnet. Die Rotationssymmetrieachse 5 ist diejenige Achse, die konzentrisch zur Antriebswelle des nicht dargestellten Motors ausgerichtet wird, um einen vorteilhaften Rundlauf für das Radialventilatorrad 1 zu gewährleisten.
Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass jeweils benachbart angeordnete Ventilatorschaufeln 4 spiegelbildlich zu einer in der Figur 1 nicht dargestellten Spiegelebene ausgerichtet sind, wobei die Spiegelebene die Rotationssymmetrieachse 5 umfasst.
Wie aus den Figuren 1 und 2 entnommen werden kann, handelt es sich bei der Ventilatorschaufel 4 beispielhaft um einen Flächenkörper, dessen Dicke 6 erheblich kleiner gewählt ist als eine Länge seiner Kanten 7, 8, 9 und 10. Ein derartiger Flächenkörper kann beispielsweise durch Umformen eines Blechstücks hergestellt werden. Bei den Kanten 7, 8, 9 und 10 handelt es sich entsprechend der Anordnung der in Figur 2 dargestellten Ventilatorschaufel 4 in dem Radialventilatorrad 1 gemäß der Figur 1 um eine Innenkante 7, eine Außenkante 8, eine Oberkante 9 und eine Unterkante 10. Dabei ist die Unterkante 10 bevorzugt derart an die Geometrie der Tragscheibe 2 angepasst, dass die Unterkante 10 einer Berührlinie mit der Tragscheibe 2 entspricht, so dass exemplarisch ein Kontakt zwischen der Tragscheibe 2 und der Ventilatorschaufel 4 entlang der gesamten Länge der Unterkante 10 vorliegt. Die Oberkante 9 ist zumindest abschnittsweise derart auf die Geometrie der Ringdüse 3 angepasst, dass die Oberkante 9 zumindest abschnittsweise einer Berührlinie mit der Ringdüse 3 entspricht und somit ein Kontakt zwischen der Ringdüse 3 und der Ventilatorschaufel 4 entlang eines Teils der Länge der Oberkante 9 vorliegt.
Erfindungsgemäß ist die Ventilatorschaufel 4 dreidimensional gekrümmt ausgebildet, wodurch sich bei einer Projektion der Oberkante 9 und der Unterkante 10 auf eine parallel zur Tragschiebe ausgerichtete Projektionsebene, beispielsweise die Darstellungsebene gemäß der Figur 3, jeweils Krümmungsverläufe ergeben, wie sie in der Figur 3 schematisch dargestellt sind. Exemplarisch ist bei der in Figur 2 dargestellten Ventilatorschaufel 4 die in Figur 3 erkennbare Krümmung der Oberkante 9 mit einem der Krümmung der Unterkante 10 entgegengesetzten Krümmungsradius ausgeführt. Dabei sind Mittelpunkte der jeweiligen Krümmungen, bei denen es sich gemäß dem Ausführungsbeispiel der Ventilatorschaufel 4 nach den Figuren 1 und 2 um eine stetige Aneinanderreihung mehrerer Krümmungsabschnitte handelt, exemplarisch in unterschiedlichen Flächenbereichen angeordnet, wie dies durch die beiden Radiuspfeile 11 und 12 symbolisiert wird.
Durch die spiegelsymmetrische Anordnung benachbarter Ventilatorschaufeln 4 am Radialventilatorrad 1 kann eine erste Gruppe von Ventilatorschaufeln 4, die mit dem Bezugszeichen 4L versehen sind, von einer zweiten Gruppe von Ventilatorschaufeln 4, die mit dem Bezugszeichen 4R versehen sind, unterschieden werden. Aufgrund der dreidimensionale Krümmung der Ventilatorschaufeln 4 mit einander entgegengesetzten Krümmungen der Oberkanten 9 und der Unterkanten 10 ergeben sich für die Ventilatorschaufeln 4L bei einer Rotation des in Figur 1 dargestellten Radialventilatorrads im Uhrzeigersinn folgende strömungsbeeinflussenden Eigenschaften: in einem Strömungsbereich nahe der Tragscheibe 2 weisen die Ventilatorschaufeln 4L eine rückwärtsgekrümmte Profilierung auf, die einen Beitrag für eine energieeffiziente Fluidförderung leistet. Demgegenüber weisen die Ventilatorschaufeln 4L in einem Strömungsbereich nahe der Ringdüse 3 eine vorwärtsgekrümmte Profilierung auf, die einen Beitrag für eine beschleunigte Förderung des Fluids leistet. Die Ventilatorschaufeln 4R weisen hingegen bei der Rotation im Uhrzeigersinn im Strömungsbereich nahe der Tragscheibe 2 eine vorwärtsgekrümmte Profilierung und im Strömungsbereich nahe der Ringdüse 3 eine rückwärtsgekrümmte Profilierung auf.
Somit ergibt sich über den gesamten ringförmigen Strömungsquerschnitt des Radialventilatorrads 1, der von der Tragscheibe 2, der Ringdüse 3 und den Ventilatorschaufeln 4 bestimmt wird, eine vorteilhafte Wechselwirkung zwischen vorwärtsgekrümmten und rückwärtsgekrümmten Bereichen der jeweiligen Ventilatorschaufeln 4, so dass das Radialventilatorrad 1 bei der Rotation im Uhrzeigersinn energieeffizient und mit hoher Förderleistung betrieben werden kann. In gleicher Weise gilt dies auch bei einer Rotation des Radialventilatorrads 1 gegen den Uhrzeigersinn, bei der dann die Ventilatorschaufeln 4R im Strömungsbereich nahe der Ringdüse 3 eine vorwärtsgekrümmte Profilierung und im Strömungsbereich nahe der Tragscheibe 2 eine rückwärtsgekrümmte Profilierung aufweisen.
Wie aus der Figur 2 entnommen werden kann, ist ein stetiger Übergang zwischen der Krümmung der Oberkante 9 und der Krümmung der Unterkante 10 vorgesehen, wodurch vermieden werden soll, dass sich die radial nach Außen durch den ringförmigen Strömungsquerschnitt verlaufende Fluidströmung lokal von den Ventilatorschaufeln 4 ablöst, womit Nachteile bei der Energieeffizienz und bei der Förderleistung für das Radialventilatorrad 1 verbunden wären.
Eine zweite Ausführungsform eines Radialventilatorrads 21 ist in der Draufsicht der Figur 4 dargestellt und unterscheidet sich von dem Radialventilatorrad 1 gemäß der Figur 1 in der Gestaltung der Ventilatorschaufel 24. In der Figur 4 ist die Ringdüse 3 zur Verdeutlichung der dreidimensionalen Krümmung der Ventilatorschaufel 24 aufgeschnitten, die Ventilatorschaufel 24 ist in der Figur 5 nochmals vergrößert dargestellt. Die Oberkante 29 und die Unterkante 30 sind übereinstimmend mit der Ventilatorschaufel 4 gemäß den Figuren 1 und 2 ebenfalls mit einander entgegengesetzten Krümmungen ausgebildet, um drehrichtungsabhängig jeweils im Bereich der Tragscheibe 2 bzw. im Bereich der Ringdüse 3 wechselweise die vorwärtsgekrümmten bzw. rückwärtsgekrümmten Strömungsbereiche auszubilden. Dabei entspricht die Darstellungsebene der Figuren 4 und 5 der Projektionsebene für die Oberkante 29 und die Unterkante 30. Die prinzipielle Gestaltung der Ventilatorschaufeln 24 unterscheidet sich jedoch nicht von der Gestaltung der Ventilatorschaufeln 4.
Aus der schematischen Seitenansicht des in der Figur 6 dargestellten Radialventilatorrads 31 geht hervor, dass die Tragscheibe 2 exemplarisch eben ausgebildet ist und dass die Ringdüse 3 als Rotationskörper mit einem Profil 32 ausgebildet ist, das um die Rotationssymmetrieachse 33 rotiert wird. Ferner ist dieser schematischen Darstellung gemäß der Figur 6 zu entnehmen, dass die Ventilatorschaufeln 34 zumindest im Wesentlichen als rechteckige Flächenkörper ausgebildet sind. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform eines Radialventilatorrads weist die Tragscheibe eine napfförmige Vertiefung oder andere, vorzugsweise rotationssymmetrische, Profilierungen auf, die einer Versteifung der Tragscheibe oder einer verbesserten Anbringung einer Kupplung zur drehfesten Ankopplung an die Antriebswelle des Motors ermöglichen.
Die in den Figuren 7 bis 10 dargestellten Ventilatorschaufeln 44, 54, 64 und 74 unterscheiden sich von den Ventilatorschaufeln 4 und 24 durch andere Krümmungsverläufe der Oberkanten 49, 59, 69, und 79 und der Unterkanten 50, 60, 70 und 80, wobei diese Krümmungsverläufe ebenfalls so ausgebildet sind, dass bei Anordnung dieser Ventilatorschaufeln 44, 54, 64 und 74 zwischen einer Tragscheibe 2 und einer Ringdüse 3 mit jeweils benachbarter, spiegelbildlicher Anordnung die gleichen Strömungseigenschaften und in beiden Rotationsrichtungen gleichartige Wirkungsgrade erzielt werden können.
Bei der in Figur 11 dargestellten siebten Ausführungsform eines Radialventilatorrads 81 weisen die Oberkanten 89 und die Unterkanten 90 der Ventilatorschaufeln 84 ebenfalls die bereits von den Ventilatorschaufeln 4, 24, 34, 44, 54, 64 und 74 bekannten Krümmungen auf. Zusätzlich weisen die Ventilatorschaufeln 84 exemplarisch eine Verjüngung ihres Querschnitts in radialer Richtung nach außen auf. Beispielhaft ist eine stetige, also knickfreie, Verjüngung der Ventilatorschaufeln 84 in radialer Richtung über ihren gesamten Querschnitt vorgesehen.
Eine derartige Geometrie der Ventilatorschaufeln 84 kann insbesondere durch eine Herstellung im Urformverfahren, insbesondere im Metallgussverfahren, im Kunststoffspritzgussverfahren, im Lasersinterverfahren, insbesondere unter Verwendung von Metallpulvern, Kunststoffpulvern oder Gemischen davon, durch eine Herstellung in einem Abtragverfahren, insbesondere durch eine spanende Bearbeitung, oder durch eine Herstellung in einem Umformverfahren wie einen Schmiedevorgang erreicht werden.
Bei einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform wird die Ventilatorschaufel aus einem Blechmaterial mit einer vorgegebenen Dicke hergestellt, das bereichsweise derart abgekantet wird, dass eine doppelte Dicke des Blechmaterials vorliegt.
Eine Herstellung der übrigen Komponenten oder aller Komponenten des Radialventilatorrads, insbesondere der Tragscheibe, der Ringdüse und gegebenenfalls auch der Ventilatorschaufel erfolgt üblicherweise durch Zuschneiden und Umformen von Bleichteilen, die anschließend formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Alternativ kann für eine Herstellung der Komponenten des Radialventilatorrads oder des gesamten Radialventilatorrads auch ein Urformverfahren, insbesondere ein Metallgussverfahren, ein Kunststoffspritzgussverfahren, ein Lasersinterverfahren, insbesondere unter Verwendung von Metallpulvern, Kunststoffpulvern oder Gemischen davon, oder ein Abtragverfahren, insbesondere mit spanendender Bearbeitung, oder ein Umformverfahren wie Schmieden angewendet werden. Mischformen für die Herstellung des Radialventilatorrads wie beispielsweise eine Herstellung der Ventilatorschaufeln in einem Metallgussverfahren und eine Herstellung der Ringdüse und der Tragscheibe in einem Blechumformverfahren und eine nachfolgende stoffschlüssige Verbindung zwischen Tragscheibe, Ventilatorschaufeln und Ringdüse, insbesondere durch Schweißen, kann ebenfalls vorgesehen werden.

Claims

Radialventilatorrad mit einer Tragscheibe (2), einer Ringdüse (3) und mehreren radial ausgerichteten Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84), deren Unterkanten (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90 zumindest abschnittsweise mit der kreisförmigen Tragscheibe (2) verbunden sind, deren Oberkanten (9; 29; 49; 59; 69; 79; 89) zumindest abschnittsweise mit der konzentrisch und beabstandet zur Tragscheibe (2) angeordneten Ringdüse (3) verbunden sind, deren Innenkanten (7) radial innenliegend angeordnet sind und deren Außenkanten (8) radial außenliegend angeordnet sind, wobei die Unterkanten (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90) in einer parallel zur Tragscheibe (2) ausgerichteten Projektionsebene eine erste Krümmung und die Oberkanten (9; 29; 49; 59; 69; 79; 89) in der Projektionsebene eine zweite, von der ersten Krümmung abweichende Krümmung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Krümmung und die zweite Krümmung in der Projektionsebene einander entgegengesetzt sind.
Radialventilatorrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante (7) und die Außenkante (8) windschief zueinander ausgerichtet sind.
Radialventilatorrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante (7) und/oder die Außenkante (8) gekrümmt, insbesondere gegensinnig zueinander gekrümmt, ausgebildet sind.
Radialventilatorrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Ventilatorschaufel zwischen der Innenkante und der Außenkante als Torsionsfläche ausgebildet ist.
Radialventilatorrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Torsionsachse der Ventilatorschaufel in radialer Richtung ausgerichtet ist.
Radialventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkanten (7) der Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) eine ringförmige Einströmfläche beranden und/oder dass die Außenkanten (8) der Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) eine ringförmige Ausströmfläche beranden.
Radialventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Anzahl von gleichartig geformten Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) vorgesehen ist und dass benachbart angeordnete Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) einander entgegengesetzte Krümmungen der Oberkanten (9; 29; 49; 59; 69; 79; 89) aufweisen.
Radialventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) einen vorwärtsgekrümmten und einen rückwärtsgekrümmten Bereich aufweisen.
Radialventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) einen stetigen Übergang zwischen dem vorwärtsgekrümmten und dem rückwärtsgekrümmten Bereich aufweisen.
Radialventilatorrad nach den Ansprüchen 7 und 8 oder nach den Ansprüchen 8 und 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Gruppe der Ventilatorschaufeln (4; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) der vorwärtsgekrümmte Bereich der Ringdüse (3) und der rückwärtsgekrümmte Bereich der Tragscheibe (2) zugeordnet ist.
Radialventilatorrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln (84) in wenigstens einer Raumrichtung eine variierende Dicke, insbesondere eine in radialer Richtung nach außen abnehmende Materialstärke, aufweisen.
Radialventilatorrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorschaufeln (84) wenigstens einen Bereich mit einer vorgegebenen Dicke und wenigstens einen Bereich mit einer doppelte Dicke umfassen.
Gebläseanordnung mit einem elektrischen Antriebsmotor, der eine Antriebswelle zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung umfasst, mit einem Radialventilatorrad (1; 21; 31; 81) nach einem der vorgehenden Ansprüche, das mit der Tragscheibe (2) drehfest an der Motorwelle festgelegt ist, und mit einer Ansteuereinrichtung, die derart zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie an den Antriebsmotor eingerichtet ist, dass eine Rotation des Radialventilatorrads (1; 21; 31; 81) um eine von der Antriebswelle bestimmte Rotationsachse in einer ersten und in einer zweiten Rotationsrichtung vorgebbar ist.