EP1616101A1 - L fter - Google Patents

L fter

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EP1616101A1
EP1616101A1 EP04727247A EP04727247A EP1616101A1 EP 1616101 A1 EP1616101 A1 EP 1616101A1 EP 04727247 A EP04727247 A EP 04727247A EP 04727247 A EP04727247 A EP 04727247A EP 1616101 A1 EP1616101 A1 EP 1616101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fan
blades
edge
fan according
radially outer
Prior art date
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Granted
Application number
EP04727247A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1616101B2 (de
EP1616101B1 (de
Inventor
Georg Eimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Publication of EP1616101A1 publication Critical patent/EP1616101A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1616101B1 publication Critical patent/EP1616101B1/de
Publication of EP1616101B2 publication Critical patent/EP1616101B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade

Definitions

  • the invention relates to a fan with an air conveying channel and a fan wheel arranged rotatably therein, the blades of which are provided in the region of their outer edges with flow elements which are low-resistance for the conveying flow and for the compensating flows which run around the outer edges of the blades from the pressure side to the suction side to be an obstacle.
  • a fan with such flow elements is known from DE 30 17 226 A by the applicant.
  • This laid-open document shows various designs of such flow elements in connection with stamped fan blades made of sheet metal. These flow elements reduce the waste flow in a fan equipped with it.
  • this object is achieved by a fan according to claim 1.
  • the fan noise surprisingly decreases, particularly in the so-called laminar range, that is to say with high delivery volumes and a relatively small pressure increase ⁇ p .
  • a noise reduction of this kind also occurs in the non-laminar area, that is to say with higher back pressures and smaller amounts of air.
  • a theoretical explanation could be that there is air flow along the crescent leading edges of the fan blades, and this air flow practically flows here to the outer periphery of the hub, where the peripheral speed is the lowest and consequently little noise is generated by this flow.
  • the extent of the sickling is limited by the fact that the axial length of such a fan could become too great with a very pronounced sickle shape.
  • FIG. 1 is a plan view of a device fan, here an axial fan, according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an illustration of the fan wheel in the fan of FIG. 1, in an enlarged view
  • FIGS. 1 and 2 show a spatial representation of the fan wheel according to FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 1 to 3 are side views of the fan wheel of FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 6 shows a sagittal section through a wing of the fan of FIGS. 1 to 5, seen along the line VI-VI of FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a section analogous to FIG. 7, seen along the line VIII-VIII of FIG. 2,
  • FIG. 9 is a section analogous to FIG. 7, seen along the line IX-IX of FIG. 2,
  • Fig. 10 is a representation of sound pressure level Lp and pressure increase ⁇ p over the
  • Fig. 11 is a representation analogous to Fig. 10 for a fan of the same type, but in which the fan blades on their outer edge with special Flow elements are provided,
  • Fig. 12 is an illustration showing the curves of Figs. 10 and 11 in comparison; it can be seen that in this exemplary embodiment a reduction in the sound pressure level Lp is obtained, particularly pronounced in the laminar but also in the turbulent range,
  • FIG. 13 is a plan view analogous to FIG. 2 of a fan wheel 122 according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 14 shows a spatial representation of the fan wheel 122 of FIG. 13 in a representation analogous to FIG. 3,
  • FIG. 15 shows a comparison which shows the fan characteristic curves for the fan wheel 122 according to FIGS. 13 and 14 with and without the special flow elements (winglets).
  • FIG. 1 shows a device fan 10 of a conventional type.
  • the present invention can be implemented with an axial fan and a diagonal fan.
  • the fan 10 shown in Fig. 1 has an outer housing 12, at the four corners of which fastening openings 14 are provided and which defines an air delivery channel 16 in its interior, which is delimited on the outside by a rotating surface 17 and in which the central one via webs 18
  • Hub 20 of a fan wheel 22 is rotatably mounted, which is rotated in operation by an electric motor arranged within this hub 20 about a central axis 25 (FIGS. 4 and 5). 1, the hub 20 rotates counterclockwise in the direction of an arrow 24.
  • the air flow is such that the air is blown out via the webs 18, that is to say through the rear of the fan 10, based on FIG. 1.
  • five fan blades 26, which are designated by 26A to 26E, are fastened on the outer circumference 27 of the hub 20.
  • the angular distance beta from the leading edge 28A of the fan blade 26A to the leading edge 28B of the blade 26B is 74 ° in this embodiment.
  • the wings 26 are distributed unevenly around the circumference of the hub in order to obtain a more comfortable frequency spectrum. Naturally, the type of distribution shown is only a preferred embodiment.
  • the front edges 28A to 28E of the wings 26 are concave and sickle-shaped.
  • the rear edges of the wings 26 are designated 36A to 36E and are convex. They are designed so that their cut with the webs 18 is “grinding", that is to say “with a grinding cut”. This means that in most or all of the rotational positions and seen in plan view, the imaginary cut between a web 18 and a rear edge 36 (which of course do not touch) takes place at an angle, such as e.g. Fig. 1 clearly shows. This measure contributes to noise reduction.
  • the radially outer edges of the wings 26 are designated 40A to 40E. As shown in FIG. 5, these edges 40 have a radial distance d from the inside 17 of the outer housing 12. This “air gap” d should be as small as possible. If it is large, a considerable loss flow flows through it from the pressure side to the suction side of the fan 10.
  • the individual blades 26 are provided in the region of their radially outer edges 40 with flow elements 42A to 42E, namely with widenings of the outer blade edges 40, which preferably extend in the axial direction to the suction side and to the pressure side. (For diagonal fans, it is preferred to use blades in which such flow elements are only on the suction side.)
  • the wings 26 have approximately the cross-sectional shape of an aircraft wing, i.e. the leading edge 28C is round and relatively blunt. From there, the thickness D of a wing 26 first increases and then decreases towards the rear edge 36, and the wing 26 tapers at the rear edge 36 in order to reduce or avoid the formation of eddies and the resulting noises there ,
  • the flow elements 42 have a similar course as the associated wing, cf. Fig. 6, ie they are also tapered on the rear edge 36 and are on the
  • the front edge 28 is rounded, and in the intermediate region 48 between the region of the front edge 28 and the region of the rear edge 36 they protrude beyond the wing 26 in the axial direction by a substantially constant amount, as is clearly shown in FIGS. 5 and 6.
  • a smooth transition is provided at both ends, ie the constant amount there slides to 0.
  • the flow elements 42 in conjunction with the narrow air gap d (FIG. 5), form an increased resistance to the loss flow which, in operation, runs around the outer edge 40 of the blades 26 from the pressure side to the suction side.
  • the individual wings 26 are tortuous, i.e. the location where a wing 26 grows out of the hub 20, so to speak, is approximately in the form of a threaded section, and likewise the outer edges 40 of the wings 26 are shaped in the manner of a threaded section, but, as shown, the pitch of the threaded sections is greater in the area of the hub 20 than in the area of the radially outer edges 40.
  • FIG. 11 shows the curves for the described exemplary embodiment, ie the fan is the same as in FIG. 10, but the fan wheel 22 is provided with the described flow elements 42.
  • the course of the pressure curve ( ⁇ p2) is the same as in FIG. 10, but the sound pressure level Lp2 is reduced by approximately 1.5 ... 2 dB (A), especially in the region of larger throttle openings (approximately from 1100 upwards).
  • the flow elements 42 described thus result in a reduction in the sound pressure level Lp which is acoustically perceptible and whose height depends on the operating point at which the fan 10 in question is operated without any additional effort.
  • the crimping of the leading edges 28 also contributes to noise reduction.
  • FIG. 13 and 14 show a fan wheel 122 according to a second, particularly preferred exemplary embodiment of the invention with a central hub 120.
  • the outer housing of this fan wheel has the same shape as the outer housing 12 of FIG. 1 and is therefore not shown again.
  • the direction of rotation is designated 124, i.e. the fan wheel 122 rotates clockwise.
  • 14 shows a view of the suction side of the fan wheel 122.
  • five fan blades 126 which are denoted by 126A to 126E, are fastened on the outer circumference 127 of the hub 120. As in the first exemplary embodiment, these are distributed unevenly on the circumference 127 of the hub 120 in order to obtain a pleasant frequency spectrum of the fan noises.
  • the leading edges 128A to 128E of the wings 126 are concave and strongly crescent-shaped.
  • the outer end 130A to 130E of the sickles 128, viewed in the direction of rotation 124 lies in front of the transition point 132A to 132E of the sickles 128 in the hub 120, these transition points 132A to 132E, in a particularly preferred manner, based on the Direction of rotation 124, are at the very back, ie the entire sickle 128 extends, as shown, from this transition point 132 in the direction of rotation to the front.
  • This angle alpha is greater than 90 °, for example in FIGS. 1 to 12. It should preferably be ⁇ 90 ° and has preferred values between 70 and 90 °, in particular between 75 and 85 °.
  • the outer end 30A to 30E of the sickles 28 is in each case on the same radius vector as the inner end 32A to 32E, which results in an axially shorter construction, but for the noise reduction is less favorable than the version according to FIGS. 13 to 15, as can be seen from a comparison of the measurement curves according to FIGS. 12 and 15.
  • the rear edges of the wings 126A to 126E are designated 136A to 136E and are also curved more crescent-like than in the version according to FIGS. 1 to 12. Their cut with the webs 18 of the housing 12 is also carried out "with a grinding cut", as in FIG 1 to 12 described in detail.
  • FIGS. 13 to 15 a form of the outer housing is used for the version according to FIGS. 13 to 15, in which the webs 18 run in mirror image to FIG. 1.
  • the web 18 extends from an outer location, which would correspond to approximately 6 o'clock in the case of a clock, to an inner location, which corresponds to approximately 8 o'clock.
  • this web 18 would run from an outer location, which corresponds to approximately 6 o'clock, to an inner location, which corresponds to approximately 4 o'clock. This results in the abovementioned “grinding cut” for the fan wheels of FIGS. 13 and 14.
  • the outer radial edges of wings 126 are labeled 140A through 140E. 5, these edges 140 have a small radial distance d from the inside of the fan housing 12. A leakage flow flows from the pressure side to the suction side of the fan through the gap formed here.
  • the individual vanes 126 are provided in the region of their radially outer edges 140 with flow elements 142A to 142E which extend in the axial direction between the suction side and the pressure side.
  • the shape of the flow elements 142 results very well from the illustration according to FIG. 14, which in particular shows the flow element 142D and a part of the flow element 1420 very well.
  • the course of the flow elements 142 is the same as that described in detail in FIG. 6 for the flow element 420, and the same applies to the profile of the wings 126, so that for this part reference can be made to the description of FIGS. 1 to 12.
  • the flow elements 142 form an increased resistance for the loss flow, which in operation runs around the outer edge 140 of the wings 126 from the pressure side to the suction side.
  • the individual wings 126 are tortuous, i.e. the location where a wing 126 grows out of the hub 120, so to speak, is approximately in the form of a threaded section, and likewise the outer edges 140 of the vanes 126 are approximately in the form of a threaded section, but, as shown, the thread pitch in the region of FIG Hub 120 is larger than in the area of the radially outer edges 140.
  • FIG. 15 shows, in comparison, fan characteristic curves for the fan wheel 122 without flow elements and the fan wheel 122 with the flow elements 142, with the same air gap d (as in the illustrations for FIGS. 1 to 12).
  • the pressure increase for a fan wheel without flow elements 142 is denoted by ⁇ p3
  • the pressure increase for the same fan wheel 122 with the flow elements 142 is denoted by ⁇ p4. It can be seen that without the flow elements 142 there is a slightly larger pressure increase ⁇ p.
  • the sound pressure level for a fan wheel without flow elements is designated Lp3, and the sound pressure level for the same fan wheel 122 with the elements 142 with Lp4.
  • the measuring microphone was located in front of the suction side of the fan at the height of the fan.
  • a measurement of the sound power LWA in the version according to FIGS. 13 to 15 has shown that, particularly in the range of the third octave center frequencies of 5 to 20 kHz, the flow elements were able to reduce the sound power.
  • the sound power levels differ only slightly in the range from 160 to 4000 Hz, i.e. the flow elements 42 and 142 in particular reduce the noise.

Description

Lüfter
Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit einem Luftförderkanal und einem darin drehbar angeordneten Lüfterrad, dessen Flügel im Bereich ihrer äußeren Kanten mit Strömungselementen versehen sind, die für die Förderströmung widerstandsarm sind und die für die um die Außenkanten der Flügel von der Druck- zur Saugseite verlaufenden Ausgleichsströmungen ein Hindernis darstellen.
Ein Lüfter mit solchen Strömungselementen ist bekannt aus der DE 30 17 226 A der Anmelderin. Diese Offenlegungsschrift zeigt verschiedene Bauweisen solcher Strömungselemente in Verbindung mit gestanzten Lüfterflügeln aus Blech. Diese Strömungselemente reduzieren die Verlustströmung in einem damit ausgestatteten Lüfter.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Lüfter bereit zu stellen, welcher zumindest in einem vorgegebenen Betriebsbereich ein reduziertes Geräuschniveau aufweist.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Lüfter gemäß Anspruch 1. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Lüfter in überraschender Weise die Lüftergeräusche abnehmen, besonders im sogenannten laminaren Bereich, also bei hohen Fördervolumina und einer relativ kleinen Druckerhöhung Δp. Auch im nichtlaminaren Bereich, also bei höheren Gegendrücken und kleineren Luftmengen, tritt bei einem solchen Lüfter eine Geräuschabsenkung auf. Eine theoretische Erklärung könnte sein, dass entlang der gesichelten Vorderkanten der Lüfterflügel eine Luftströmung auftritt, und diese Luftströmung strömt hier praktisch bis zum Außenumfang der Nabe, wo die Umfangsgeschwindigkeit am kleinsten ist und folglich durch diese Strömung nur wenig Geräusche erzeugt werden. Naturgemäß wird das Ausmaß der Sichelung dadurch begrenzt, dass bei einer sehr stark ausgeprägten Sichelform die axiale Länge eines solchen Lüfters zu groß werden könnte.
Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 12. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Ausgestaltung des Profils von Flügel und Strömungselement zu einem besonders ruhigen Lauf des Lüfters beiträgt.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt: Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Gerätelüfter, hier einen Axiallüfter, nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung des Lüfterrades beim Lüfter der Fig. 1 , in vergrößerter Darstellung,
Fig. 3 eine raumbildliche Darstellung des Lüfterrads gemäß Fig. 1 und 2,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Lüfterrades der Fig. 1 bis 3,
Fig. 5 einen Schnitt, gesehen längs der Linie V-V der Fig. 2,
Fig. 6 einen sagittalen Schnitt durch einen Flügel des Lüfters der Fig. 1 bis 5, gesehen längs der Linie Vl-Vl der Fig. 2,
Fig. 7 einen Schnitt, gesehen längs der Linie Vll-Vll der Fig. 2, in vergrößerter Darstellung,
Fig. 8 einen Schnitt analog Fig. 7, gesehen längs der Linie Vlll-Vlll der Fig. 2,
Fig. 9 einen Schnitt analog Fig. 7, gesehen längs der Linie IX-IX der Fig. 2,
Fig. 10 eine Darstellung von Schalldruckpegel Lp und Druckanstieg Δp über der
Schieberstellung eines Prüfstandes, bei einem Axiallüfter, dessen Lüfterflügel an der Außenkante keine Strömungselemente haben,
Fig. 11 eine Darstellung analog Fig. 10 für einen Lüfter gleicher Bauart, bei dem jedoch die Lüfterflügel an ihrer Außenkante mit speziellen Strömungselementen versehen sind,
Fig. 12 eine Darstellung, welche die Kurven gemäß Fig. 10 und 11 im Vergleich zeigt; man erkennt, dass man bei diesem Ausführungsbeispiel eine Reduzierung des Schalldruckpegels Lp erhält, besonders ausgeprägt im laminaren, aber auch im turbulenten Bereich,
Fig. 13 eine Draufsicht analog Fig. 2 auf ein Lüfterrad 122 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 14 eine raumbildliche Darstellung des Lüfterrades 122 der Fig. 13 in einer Darstellung analog Fig. 3, und
Fig. 15 eine Vergleichsdarstellung, welche Lüfterkennlinien für das Lüfterrad 122 nach den Fig. 13 und 14 mit und ohne die speziellen Strömungselemente (Winglets) zeigt.
In den nachfolgenden Figuren werden für gleiche oder gleich wirkende Bauteile jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet, ggf. um die Zahl 100 erhöht (z.B. 122 statt 22), und diese Bauteile werden gewöhnlich nur einmal beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Gerätelüfter 10 üblicher Bauart. Die vorliegende Erfindung kann bei einem Axiallüfter und einem Diagonallüfter realisiert werden. Der in Fig. 1 dargestellte Lüfter 10 hat ein Außengehäuse 12, an dessen vier Ecken jeweils Befestigungsöffnungen 14 vorgesehen sind und der in seinem Inneren einen Luftförderkanal 16 definiert, welcher nach außen hin durch eine Rotationsfläche 17 begrenzt ist und in welchem über Stege 18 die zentrale Nabe 20 eines Lüfterrades 22 drehbar gelagert ist, die im Betrieb von einem innerhalb dieser Nabe 20 angeordneten Elektromotor um eine zentrale Achse 25 (Fig. 4 und 5) gedreht wird. In Fig. 1 dreht sich die Nabe 20 in Richtung eines Pfeiles 24 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Luftströmung ist so, dass die Luft über die Stege 18 ausgeblasen wird, also durch die Rückseite des Lüfters 10, bezogen auf Fig. 1.
Wie die Fig. 1 bis 5 zeigen, sind auf dem Außenumfang 27 der Nabe 20 fünf Lüfterflügel 26 befestigt, die mit 26A bis 26E bezeichnet sind. Der Winkelabstand beta von der Vorderkante 28A des Lüfterflügels 26A zur Vorderkante 28B des Flügels 26B beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 74°. Die Flügel 26 sind ungleichmäßig am Umfang der Nabe verteilt, um ein angenehmeres Frequenzspektrum zu erhalten. Naturgemäß stellt die dargestellte Art der Verteilung nur eine bevorzugte Ausführungsform dar.
Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, sind die Vorderkanten 28A bis 28E der Flügel 26 konkav und sichelförmig ausgebildet. Die Hinterkanten der Flügel 26 sind mit 36A bis 36E bezeichnet und konvex. Sie sind so ausgebildet, dass ihr Schnitt mit den Stegen 18 "schleifend" erfolgt, also "mit schleifendem Schnitt". Dies bedeutet, dass in den meisten oder allen Drehstellungen und in der Draufsicht gesehen der gedachte Schnitt zwischen einem Steg 18 und einer Hinterkante 36 (die sich selbstverständlich nicht berühren), unter einem Winkel erfolgt, wie das z.B. Fig. 1 klar zeigt. Diese Maßnahme trägt zur Geräuschdämpfung bei.
Die radial äußeren Kanten der Flügel 26 sind mit 40A bis 40E bezeichnet. Wie in Fig. 5 dargestellt, haben diese Kanten 40 einen radialen Abstand d von der Innenseite 17 des Außengehäuses 12. Dieser "Luftspalt" d sollte möglichst klein sein. Wenn er groß ist, fließt durch ihn eine beträchtliche Verlustströmung von der Druckseite zur Saugseite des Lüfters 10.
Zur Reduzierung dieser Luftströmung sind die einzelnen Flügel 26 im Bereich ihrer radial äußeren Kanten 40 mit Strömungselementen 42A bis 42E versehen, nämlich mit Verbreiterungen der äußeren Flügelkanten 40, die sich bevorzugt in axialer Richtung zur Saugseite und zur Druckseite erstrecken. (Bei Diagonallüftern verwendet man bevorzugt Flügel, bei denen sich solche Strömungselemente nur auf der Saugseite befinden.)
Wie sich aus den sagittalen Schnitten der Fig. 6 bis 9 ergibt, haben die Flügel 26 etwa die Querschnittsform einer Flugzeug-Tragfläche, d.h. die Vorderkante 28C ist rund und relativ stumpf. Von ihr aus nimmt die Dicke D eines Flügels 26 zunächst zu und dann in Richtung zur Hinterkante 36 wieder ab, und der Flügel 26 läuft an der Hinterkante 36 spitz zu, um dort die Ausbildung von Wirbeln und daraus folgenden Geräuschen zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
Die Strömungselemente 42 haben einen analogen Verlauf wie der zugehörige Flügel, vgl. Fig. 6, d.h. sie laufen ebenfalls an der Hinterkante 36 spitz zu und sind an der Vorderkante 28 abgerundet, und im Zwischenbereich 48 zwischen dem Bereich der Vorderkante 28 und dem Bereich der Hinterkante 36 ragen sie um einen im Wesentlichen konstanten Betrag in axialer Richtung über den Flügel 26 hinaus, wie das die Fig. 5 und 6 klar zeigen. An beiden Enden ist ein gleitender Übergang vorgesehen, d.h. der konstante Betrag nimmt dort gleitend auf 0 ab.
Die Strömungselemente 42, in Verbindung mit dem schmalen Luftspalt d (Fig. 5), bilden einen erhöhten Widerstand für die Verlustströmung, die im Betrieb um den äußeren Rand 40 der Flügel 26 herum von der Druckseite zur Saugseite verläuft.
Wie besonders aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die einzelnen Flügel 26 gewunden, d.h. die Stelle, wo ein Flügel 26 aus der Nabe 20 sozusagen heraus wächst, hat er etwa die Form eines Gewindeabschnitts, und ebenso sind auch die äußeren Kanten 40 der Flügel 26 nach Art eines Gewindeabschnitts geformt, wobei aber, wie dargestellt, die Steigung der Gewindeabschnitte im Bereich der Nabe 20 größer ist als im Bereich der radial äußeren Kanten 40.
Fig. 10 zeigt für einen Lüfter, dessen Flügel 26 nicht mit Strömungselementen 42 versehen sind, die Druckerhöhung Δp1 und den Schalldruckpegel Lp1. Die Kurven wurden auf einem üblichen Lüfter-Prüfstand gemessen, bei dem an der Druckseite des Lüfters 10 eine verstellbare Drossel (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Öffnung ODR dieser Drossel ist auf der horizontalen Achse mit Werten zwischen 0 und 2500 angegeben, wobei "0" bedeutet, dass diese Drossel geschlossen ist.
Man erkennt, dass bei einer Drosselöffnung unter 1000 der Lüfter 10 im Bereich der turbulenten Strömung arbeitet, wobei nach links der Druck Δp1 und der Schalldruckpegel Lp1 ansteigen.
Bei Werten rechts vom Wert 1000 für die Drosselöffnung, also bei weiter geöffneter Drossel, nimmt der Druck Δp1 ab, und entsprechend steigt das geförderte Luftvolumen an, was mit einem höheren Lp1 verbunden ist.
Fig. 11 zeigt die Kurven für das beschriebene Ausführungsbeispiel, d.h. der Lüfter ist zwar der gleiche wie in Fig. 10, aber das Lüfterrad 22 ist mit den beschriebenen Strömungselementen 42 versehen. Der Verlauf der Druckkurve (Δp2) ist gleich wie in Fig. 10, aber der Schalldruckpegel Lp2 ist besonders im Bereich größerer Drosselöffnungen (etwa von 1.100 aufwärts) um etwa 1 ,5 ... 2 dB(A) reduziert.
Im Bereich um die Drosselöffnung 1000 herum stimmen die Kurven Lp1 und Lp2 weitgehend überein, aber im Bereich unterhalb der Drosselöffnung 600 ist ebenfalls eine Senkung des Schalldruckpegels festzustellen.
Durch die beschriebenen Strömungselemente 42 erhält man also ohne jeden Mehraufwand eine Reduzierung des Schalldruckpegels Lp, die akustisch wahrnehmbar ist und deren Höhe vom Arbeitspunkt abhängt, an dem der betreffende Lüfter 10 betrieben wird. Die Sichelung der Vorderkanten 28 trägt ebenfalls zu einer Geräuschminderung bei.
Die Fig. 13 und 14 zeigen ein Lüfterrad 122 nach einem zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer zentralen Nabe 120. Das Außengehäuse dieses Lüfterrads hat die gleiche Form wie das Außengehäuse 12 der Fig. 1 und ist deshalb nicht nochmals dargestellt. Die Drehrichtung ist mit 124 bezeichnet, d.h. das Lüfterrad 122 dreht sich im Uhrzeigersinn. Fig. 14 zeigt einen Blick auf die Saugseite des Lüfterrades 122.
Wie die Fig. 13 und 14 zeigen, sind auf dem Außenumfang 127 der Nabe 120 fünf Lüfterflügel 126 befestigt, die mit 126A bis 126E bezeichnet sind. Diese sind, ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ungleich am Umfang 127 der Nabe 120 verteilt, um ein angenehmes Frequenzspektrum der Lüftergeräusche zu erhalten.
Wie die Fig. 13 und 14 zeigen, sind die Vorderkanten 128A bis 128E der Flügel 126 konkav und stark sichelförmig ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt in bevorzugter weise das äußere Ende 130A bis 130E der Sicheln 128, in Drehrichtung 124 gesehen, vor der Übergangsstelle 132A bis 132E der Sicheln 128 in die Nabe 120, wobei in besonders bevorzugter Weise diese Übergangsstellen 132A bis 132E, bezogen auf die Drehrichtung 124, ganz hinten liegen, d.h. die ganze Sichel 128 erstreckt sich, wie dargestellt, von dieser Übergangsstelle 132 aus in Drehrichtung nach vorne. Dadurch ergibt sich z.B. an der Übergangsstelle 132A ein Winkel alpha von etwa 78°, unter dem die Sichelkante 128A aus der Nabe 120 austritt. Dieser Winkel alpha ist z.B. bei den Fig. 1 bis 12 größer als 90°. Er sollte bevorzugt <90° sein und hat bevorzugte Werte zwischen 70 und 90°, insbesondere zwischen 75 und 85°.
Wie nachfolgend an Messkurven erläutert, bringt diese Ausgestaltung eine zusätzliche erhebliche Geräuschreduzierung, erfordert aber meist eine größere axiale Erstreckung des Lüfters als bei der Version nach den Fig. 1 bis 12.
Zum Vergleich ist darauf hinzuweisen, dass bei dem Lüfterrad 22 nach den Fig. 1 bis 12 das äußere Ende 30A bis 30E der Sicheln 28 jeweils auf dem gleichen Radiusvektor liegt wie das innere Ende 32A bis 32E, was eine axial kürzere Bauweise ergibt, aber für die Geräuschreduzierung weniger günstig ist als die Version nach den Fig. 13 bis 15, wie sich aus einem Vergleich der Messkurven gemäß Fig. 12 und Fig. 15 ergibt.
Die Hinterkanten der Flügel 126A bis 126E sind mit 136A bis 136E bezeichnet und ebenfalls stärker sichelartig gekrümmt als bei der Version nach den Fig. 1 bis 12. Ihr Schnitt mit den Stegen 18 des Gehäuses 12 erfolgt ebenfalls "mit schleifendem Schnitt", wie bei Fig. 1 bis 12 ausführlich beschrieben.
Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass für die Version nach den Fig. 13 bis 15 eine Form des Außengehäuses verwendet wird, bei der die Stege 18 spiegelbildlich zu Fig. 1 verlaufen. Z.B. verläuft bei Fig. 1 der Steg 18 von einer äußeren Stelle, die bei einer Uhr etwa 6 Uhr entsprechen würde, zu einer inneren Stelle, die etwa 8 Uhr entspricht. Bei der Version nach Fig. 13 bis 15 würde dieser Steg 18 von einer äußeren Stelle, die etwa 6 Uhr entspricht, zu einer inneren Stelle verlaufen, die etwa 4 Uhr entspricht. Dadurch ergibt sich für die Lüfterräder der Fig. 13 und 14 der erwähnte "schleifende Schnitt".
Die äußeren radialen Kanten der Flügel 126 sind mit 140A bis 140E bezeichnet. Analog Fig. 5 haben diese Kanten 140 einen kleinen radialen Abstand d von der Innenseite des Lüftergehäuses 12. Durch den hierbei gebildeten Spalt fließt eine Verlustströmung von der Druckseite zur Saugseite des Lüfters.
Zur Reduzierung dieser Luftströmung sind die einzelnen Flügel 126 im Bereich ihrer radial äußeren Kanten 140 mit Strömungselementen 142A bis 142E versehen, die sich in axialer Richtung zwischen Saugseite und Druckseite erstrecken. Die Form der Strömungselemente 142 ergibt sich sehr gut aus der Darstellung gemäß Fig. 14, welche besonders das Strömungselement 142D und einen Teil des Strömungselements 1420 sehr gut zeigt. Der Verlauf der Strömungselemente 142 ist der gleiche wie bei Fig. 6 für das Strömungselement 420 ausführlich beschrieben, und dasselbe gilt für das Profil der Flügel 126, so dass für diesen Teil auf die Beschreibung zu den Fig. 1 bis 12 verwiesen werden kann. In Verbindung mit dem schmalen Luftspalt d (Fig. 5) bilden die Strömungselemente 142 einen erhöhten Widerstand für die Verlustströmung, die im Betrieb um den äußeren Rand 140 der Flügel 126 herum von der Druckseite zur Saugseite verläuft.
Wie aus Fig. 14 klar hervorgeht, sind die einzelnen Flügel 126 gewunden, d.h. die Stelle, wo ein Flügel 126 aus der Nabe 120 sozusagen heraus wächst, hat etwa die Form eines Gewindeabschnitts, und ebenso haben auch die äußeren Kanten 140 der Flügel 126 etwa die Form eines Gewindeabschnitts, wobei aber, wie dargestellt, die Gewindesteigung im Bereich der Nabe 120 größer ist als im Bereich der radial äußeren Kanten 140.
Fig. 15 zeigt im Vergleich Lüfterkennlinien für das Lüfterrad 122 ohne Strömungselemente und das Lüfterrad 122 mit den Strömungselementen 142, bei gleichem Luftspalt d (ebenso wie bei den Darstellungen zu den Fig. 1 bis 12). Die Druckerhöhung für ein Lüfterrad ohne Strömungselemente 142 ist mit Δp3 bezeichnet, und die Druckerhöhung für das gleiche Lüfterrad 122 mit den Strömungselementen 142 ist mit Δp4 bezeichnet. Man erkennt, dass sich ohne die Strömungselemente 142 eine geringfügig größere Druckerhöhung Δp ergibt.
Der Schalldruckpegel für ein Lüfterrad ohne Strömungselemente ist mit Lp3 bezeichnet, und der Schalldruckpegel für das gleiche Lüfterrad 122 mit den Elementen 142 mit Lp4. Für diese Messung befand sich, ebenso wie bei den Fig. 1 bis 12, das Messmikrofon vor der Ansaugseite des Lüfters in Achshöhe des Lüfters.
Vergleicht man Fig. 15 mit Fig. 12, so erkennt man, dass sich durch die stärkere Sichelung der Vorderkanten 128, in Verbindung mit den Strömungselementen 142, hier über den ganzen Messbereich eine Reduzierung des Schalldruckpegels Lp ergibt, die besonders im laminaren Bereich sehr ausgeprägt ist. Für die Praxis hängt die Geräuschreduzierung davon ab, in welchem Bereich seiner Kennlinie der betreffende Lüfter betrieben wird, wie das dem Fachmann für Lüfter geläufig ist. Ein physikalischer Grund für die Geräuschminderung könnte sein, dass sich im Bereich der gesichelten Vorderkanten 128 eine Luftströmung ausbilden kann, die entlang einer gesamten Vorderkante 128 von außen nach innen und damit zu einem Bereich mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit strömt, wobei die Strömungselemente 142 einen positiven Einfluss auf den Beginn dieser Luftströmung haben.
Eine Messung der Schallleistung LWA bei der Version nach den Fig. 13 bis 15 hat ergeben, dass besonders im Bereich der Terz-Mittenfrequenzen von 5 bis 20 kHz durch die Strömungselemente eine Reduzierung der Schallleistung erreicht werden konnte. Dagegen differieren im Bereich von 160 bis 4000 Hz die Schallleistungen nur wenig, d.h. durch die Strömungselemente 42 bzw. 142 wird besonders das Rauschen reduziert.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Lüfter mit einem Luftförderkanal (16) und einem darin angeordneten Lüfterrad (122), welches um eine zentrale Achse (25) drehbar ist und eine zentrale Nabe (120) mit einem Außenumfang (127) aufweist, auf welchem Lüfterflügel (126) befestigt sind, die sich mit ihren radial äußeren Rändern (140) bis zu einer zur zentralen Achse (25) im Wesentlichen koaxialen, den Luftförderkanal (16) nach außen hin begrenzenden Fläche (17) erstrecken, welche Flügel (126) jeweils an ihrer Vorderkante (128) konkav und sichelförmig in der Weise ausgebildet sind, dass das radial äußere Ende (130) einer Sichel (128), bezogen auf die Drehrichtung (124), in Umfangsrichtung weiter vorne liegt als das nabenseitige Ende (132) der Sichel (128), ferner mit entlang des radial äußeren Randes (140) der Lüfterflügel (126) vorgesehenen Strömungselementen (142), die für eine um diesen radial äußeren Rand (140) von der Druckseite zur Saugseite verlaufende Ausgleichsströmung als Umströmungshindemisse ausgebildet sind, wobei die Flügel (126) gewunden ausgebildet sind und eine konvexe Hinterkante (136) aufweisen.
2. Lüfter nach Anspruch 1 , welcher ein Außengehäuse (12) aufweist, von dem sich mindestens ein quer zum Luftförderkanal (16) verlaufender Steg (18) weg erstreckt, und die Hinterkante (36; 136) der Flügel (26; 126) konvex in der Weise ausgebildet ist, dass bei der Drehung des Lüfterrades (22; 122) diese Hinterkante (36; 136), in der Draufsicht gesehen, diesen Steg (18) an aufeinander folgenden Zeitpunkten an verschiedenen Stellen schneidet.
3. Lüfter nach Anspruch 2, bei welchem die konvexe Hinterkante (36; 136) mit schleifenden Schnitten ausgebildet ist.
4. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die konkav sichelförmige Vorderkante (128) einen Bereich (132) aufweist, der, bezogen auf die Drehbewegung (124), am stärksten nacheilt, welcher Bereich im Wesentlichen am Übergang von der Nabe (120) zur Vorderkante (128) des betreffenden Flügels (126) liegt.
5. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die konkav sichelförmige Vorderkante (128) mit dem vor dem betreffenden Flügel (126) liegenden Bereich der Nabe (120) einen Winkel (alpha) einschließt, der etwa 90° oder weniger beträgt.
6. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Flügel (126) in der Weise gewunden sind, dass ihre Gewindesteigung an der Nabe (120) größer ist als im Bereich der radial äußeren Kanten (140).
7. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lüfterflügel (126), in einem sagittalen Schnitt gesehen, ein Profil aufweisen, das etwa einem Tragflachenprofil entspricht.
8. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Strömungselemente (142) sich zumindest bereichsweise beidseitig, also druck- und saugseitig, längs des radial äußeren Randes (140) der Lüfterflügel (126) erstrecken.
9. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Strömungselemente (142) jeweils ein Profil aufweisen, das im Bereich der Vorderkante (128) eines Lüfterflügels (126) von dieser Vorderkante (128) aus nach Art der Vorderkante einer Tragfläche zunimmt, und im Bereich der Hinterkante (136) nach Art der Hinterkante einer Tragfläche ausläuft.
10. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lüfterflügel (26; 126), in einem radialen Schnitt gesehen, in Richtung zur Saugseite konvex ausgebildet sind, und zumindest auf einem Teil ihrer Erstreckung in ihrem radial äußeren Bereich unter einem Krümmungsradius in einen zur Saugseite ragenden Teil des zugeordneten Strömungselements (42; 142) übergehen.
11. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lüfterflügel (26; 126), in einem radialen Schnitt gesehen, in Richtung zur Druckseite konkav ausgebildet sind und zumindest auf einem Teil ihrer Erstreckung mit ihrem radial äußeren Rand unter einem Krümmungsradius in einen zur Druckseite ragenden Teil des zugeordneten Strömungselements (42; 142) übergehen.
12. Lüfter mit einem Luftförderkanal (16) und einem darin angeordneten Lüfterrad (22; 122), welches um eine zentrale Achse (25) drehbar ist und eine zentrale Nabe (20; 120) mit einem Außenumfang (27; 127) aufweist, auf welchem Lüfterflügel (26; 126) befestigt sind, die sich mit ihren radial äußeren Rändern (40; 140) bis zu einer zur zentralen Achse (25) im Wesentlichen koaxialen, den Luftförderkanal (16) nach außen begrenzenden Fläche (17) erstrecken, welche Flügel (26; 126) jeweils ein Profil aufweisen, das ähnlich dem Tragflachenprofil eines Flugzeugs ausgebildet ist, wobei entlang der radialen Außenkante (40; 140) der Lüfterflügel (26; 126) jeweils ein Strömungselement (42; 142) vorgesehen ist, das für eine um diese radiale Außenkante (40; 140) von der Druckseite zur Saugseite verlaufende Ausgleichsströmung als Umströmungshindernis ausgebildet ist, welches Strömungselement (42; 142) im Querschnitt ebenfalls im Wesentlichen wie ein Tragflachenprofil ausgebildet ist und im Bereich der Vorderkante (28; 128) und der Hinterkante (36; 136) eines Flügels (26; 126) im Wesentlichen denselben Verlauf hat wie der benachbarte Teil des zugeordneten Flügels (26; 126), und in einem mittleren Bereich (48) zwischen Vorder- und Rückkante um einen etwa konstanten Betrag breiter ist als der benachbarte Teil des Flügels (26; 126).
13. Lüfter nach Anspruch 12, bei welchem in einem Übergangsbereich zwischen Vorderkante (28; 128) und mittlerem Bereich (48) das Verhältnis von axialer Erstreckung des Strömungselements (42; 142) zur axialen Erstreckung (D) des benachbarten Flügels (26) in Richtung weg von der Vorderkante (28; 128) zunimmt.
14. Lüfter nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem in einem Übergangsbereich zwischen Hinterkante (36; 136) und mittlerem Bereich (48) das Verhältnis von axialer Erstreckung des Strömungselements (42; 142) zur axialen Erstreckung (D) des benachbarten Flügels (26; 126) in Richtung weg von der Hinterkante (36; 136) zunimmt.
15. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welchem die Strömungselemente (42, 142) sich zumindest bereichsweise beidseitig, also druck- und saugseitig, längs des radial äußeren Randes der Lüfterflügel (26; 126) erstrecken.
16. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei welchem die Strömungselemente (42; 142) zumindest bereichsweise auf der Druckseite, in Achsrichtung gesehen, höher ausgebildet sind als auf der Saugseite.
17. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welchem die Flügel (26; 126) jeweils in der Weise gewunden sind, dass ihre Steigung an der Nabe (20; 120) größer ist als die Steigung im Bereich der radial äußeren Kante (40; 140).
18. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei welchem die Flügel (26; 126) im Bereich der Hinterkante konvex und mit schleifenden Schnitten ausgebildet sind.
19. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 18, welcher ein Außengehäuse (12) aufweist, von dem sich mindestens ein quer zum Luftförderkanal (16) verlaufender Steg (18) weg erstreckt, und die Hinterkante (36; 136) der Flügel (26; 126) konvex in der Weise ausgebildet ist, dass bei der Drehung des Lüfterrades (22; 122) diese Hinterkante (36; 136), in der Draufsicht gesehen, diesen Steg (18) an aufeinander folgenden Zeitpunkten an verschiedenen Stellen schneidet.
20. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei welchem die Lüfterflügel (26; 126), in einem radialen Schnitt gesehen, in Richtung zur Saugseite konvex ausgebildet sind und zumindest auf einem Teil ihrer Erstreckung in ihrem radial äußeren Bereich unter einem Krümmungsradius in einen zur Saugseite ragenden Teil des zugeordneten Strömungselements (42; 142) übergehen.
21. Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei welchem die Lüfterflügel (26; 126), in einem radialen Schnitt gesehen, in Richtung zur Druckseite konkav ausgebildet sind und zumindest auf einem Teil ihrer Erstreckung mit ihrem radial äußeren Rand unter einem Krümmungsradius in einen zur Druckseite ragenden Teil des zugeordneten Strömungselements (42; 142) übergehen.
22. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher als Diagonallüfter ausgebildet ist, und bei welchem die Strömungselemente (42; 142) nur auf der Saugseite der Flügel (26; 126) vorgesehen sind.
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