EP1608875A1 - Radiallüfterrad, lüftereinheit und radiallüfteranordnung - Google Patents

Radiallüfterrad, lüftereinheit und radiallüfteranordnung

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EP1608875A1
EP1608875A1 EP04717095A EP04717095A EP1608875A1 EP 1608875 A1 EP1608875 A1 EP 1608875A1 EP 04717095 A EP04717095 A EP 04717095A EP 04717095 A EP04717095 A EP 04717095A EP 1608875 A1 EP1608875 A1 EP 1608875A1
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EP
European Patent Office
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radial fan
fan
blade
outlet diameter
diameter
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EP04717095A
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EP1608875B1 (de
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Omar Sadi
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Ziehl Abegg SE
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/442—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps rotating diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F04D29/282—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/288—Part of the wheel having an ejecting effect, e.g. being bladeless diffuser

Definitions

  • the invention relates to a radial fan with backward inclined vanes, a fan unit and a radial fan assembly.
  • Such radial fan wheels or radial impellers are e.g. used in air conditioning and ventilation technology.
  • impellers with 30-40 vanes extending from inside to outside in the direction of travel are used in aeration technology with diameters of 160 to 400 mm in conjunction with flow-forming volute casings. Their static efficiency is about 30 to 35%.
  • Such an impeller is known from JP 06299993.
  • An embodiment as a centrifugal fan with converging exit ring shows the US 1,447,915, in which the centrifugally accelerated air is additionally accelerated by the radially outwardly converging exit nozzle.
  • EP 0 848 788 shows an impeller in which the outer edges of the blades have an oblique edge inclined to the rotation axis and the peripheral end portions of the end plates are curved to lower the sound pressure in a frequency range of 50 to 300 Hz.
  • the invention provides, according to a first aspect, a radial fan with a cover disc having an inlet opening and a bottom disc.
  • the disks mentioned are connected to one another by means of a blade ring, which has guide vanes which run inclined from the inside to the outside against the running direction and are aligned in the axial direction.
  • the outer edges of the vanes, which run parallel to the axis of rotation, define a vane exit diameter.
  • At the top and bottom disc outer edge regions beyond the blade outlet diameter are formed, which define an annular diffusion space having an outer diameter, which is the bucket outlet diameter by up to 25% Medicaltrift, and whose cross-sectional profile is rectangular or trapezoidal expanded outwardly.
  • Another aspect relates to a fan unit with a suction plate with integrated inlet nozzle, which is connected via a holder by means of carriers with a drive carrying the holder.
  • a fan of the above type is arranged on a drive shaft between the drive and the inlet nozzle.
  • a radial fan assembly comprising: a radial fan with a cover plate having an inlet opening and a bottom plate, which are connected to each other via a blade ring, which has curved from the inside to the outside in the direction of running and aligned in the axial direction blades whose outer edges, which run parallel to the axis of rotation, define a blade outlet diameter (DAs), outer edge regions projecting beyond the blade outlet diameter being formed on the cover and bottom disks, which define an annular diffusion space with an outer diameter (DN) which surrounds the blade outlet diameter (DAs) up to 25% overdried, and whose cross-sectional profile is formed rectangularly or trapezoidally widened outwards; and a zone that is radially adjacent to the diffusion space and the end face on at least one outer edge region, and has no the pressure and / or velocity profile of a fluid flowing through this zone substantially influencing vanes.
  • DAs blade outlet diameter
  • DN outer diameter
  • DAs blade outlet diameter
  • FIG. 2 shows an axial section of the fan wheel shown in FIG. 1 along the axis of rotation
  • Fig. 6a and b show an arrangement of a free-running fan in a climate box in axial section and cross section
  • Fig. 7a and b show an arrangement of a (non-free-running) impeller in a spiral housing in axial section and cross section.
  • Fig. 1 shows a three-dimensional view of a fan.
  • the cross-sectional profile of this "diffusion ring" can be designed to be rectangular in a particularly simple manner in terms of construction and manufacturing technology, in that the outside diameters of the cover and bottom disks are increased correspondingly to the blade outlet diameter. It may alternatively be widened outwardly in a trapezoidal shape, wherein the additional cross-sectional widening of the diffusion effect is enhanced and thus the efficiency can be increased, and the diameter of the wheel is reduced.
  • the outer diameter (DN) of the diffusion space exceeds the blade exit diameter (D Ss) by 8% to 20%, preferably 10 to 15%, and more preferably 12%. These are the diameter ranges in which the mentioned effect occurs the most.
  • the outer edge region e.g., 7 in Figures 4 and 5
  • a plane normal to the rotation axis form an angle ⁇ that is less than 35 °, and less than 25 °, for example.
  • the angle ⁇ is 12 °.
  • the inlet opening of the cover disk is widened in a trumpet shape inwards.
  • the inner edges of the vanes have a convex curvature in the connection area to the cover disk.
  • the bottom disc (eg, 1 in Figures 1-6) is provided with a hub assembly (eg, 9).
  • the number of blades of the fan is in the range of six to ten blades.
  • the blade entry angle is in the range of 19 ° to 25 °, for example, the blade exit angle is in the range of 28 ° to 34 ° (the indicated values are each included).
  • the embodiments also show fan units with a suction plate (eg 7) with integrated inlet nozzle (eg 18), which has a holder (eg 19) by means of carriers (eg 20) with a holder (eg 22) carrying the holder (eg 21). is connected, wherein a fan according to one of the embodiments on a drive shaft (eg 23), between the drive and the inlet nozzle is arranged.
  • a radial fan arrangement comprises, for example: a radial fan with a cover plate having a inlet opening and a bottom plate, which are connected to one another via a blade ring, which has curved and axially aligned blades, which are curved from inside to outside in the axial direction outer edges extending to the axis of rotation define a blade outlet diameter (DAs), outer edge regions protruding beyond the blade outlet diameter being formed on the cover and bottom disks, which define an annular diffusion space with an outer diameter (DN) which reduces the blade outlet diameter (DAs) by up to 25 % Transposed, and whose cross-sectional profile is formed rectangularly or trapezoidally widened outwards; and a zone radially to the diffusion space and has frontally adjacent to at least one outer edge region, and none of the pressure and / or velocity profile of
  • said fan wheels are referred to as free-running fan wheels, e.g. used in essentially cube-shaped air conditioning boxes. In other embodiments, the use of the fan wheels in spiral housings
  • the illustrated fan wheel is formed from a flat bottom disk 1, a blade ring consisting of a plurality of stator blades 2 and a cover disk 3.
  • Bottom and cover plate 1, 3 are arranged concentrically with respect to the axis of rotation 4 at a distance B and are connected to each other via the blade ring.
  • the cover disk 3 has an inlet opening 5 with the diameter DE, through which a flow medium is sucked during operation.
  • the cover plate 3 extends in a trumpet-shaped manner from a front edge 6 bordering the inlet opening 5 and radially into an outer edge area 7.
  • the bottom plate 1 is designed as a circular disk and carries a centrally arranged hub arrangement 9 with an opening 10. which can be connected to a drive unit to drive the fan wheel ( Figure 6).
  • bottom disk and drive flange can also be formed in one piece.
  • the bottom and cover disks are bounded radially by their outer edges 8 and are connected to one another via the blade ring at a distance B (drive with external rotor motor).
  • the blade ring has seven stator blades 2, which are arranged uniformly in a star shape relative to the axis of rotation 4.
  • the inner edges 11 facing the rotation axis 4 define a diameter DSi and the outer edges 12 define a blade outer diameter DSa.
  • the actual vane blade extends radially outward and inclined towards the direction of travel R, where it ends at the vane outer edge 12 (FIG. 3).
  • the axially extending vanes are curved with respect to the rotation axis 4 with the convex sides facing outward.
  • a fan is also referred to as a backward curved impeller, it is provided in alternative (not shown) versions with eg 6 to 14 blades, while the vanes 2 can also be designed flat.
  • Their side edges are suitably connected to the bottom or the cover plate 1, 3, wherein the contours of the side edges in their connection region in each case the curvature of the bottom 1 and the cover plate 3 follow.
  • Outer and inner edge 12, 11, extend substantially parallel to the axis of rotation 4, wherein in the illustrated embodiment, the inner edge 11 is curved in the connection region to the cover plate for manufacturing and aerodynamic reasons.
  • the blade entry angle ⁇ i (FIG. 3) here means the angle of the tangent at the inner root point of the blade to the circumference tangent passing through this root point, as the blade exit angle ⁇ corresponding to the angle of the tangent at the outer root point of the blade to the circumferential circumference tangent passing through this root point.
  • the entrance and exit angles are the same; in the embodiments shown in the figures, the blades are less curved, so that the blade entry angle ⁇ x is smaller than the blade exit angle ⁇ 2 .
  • Bottom and cover plate 1, 3 have an outer diameter DN, which is above the blade outer diameter DSa, so that between the outer edge 8 of the bottom plate 1 and the outer diameter Leitschaufel DSa an outer edge region 14 is defined.
  • the distance between the cover and bottom plate 3, 1 or the blade width B is maximum:
  • the fan wheel In operation, the fan wheel is moved in the drive direction R (FIG. 3), and the guide vanes convey the flow fluid inside the fan wheel to the outside, where it exits substantially radially at the impeller outer diameter DSa. Due to the negative pressure caused in the inside of the rotor fluid is sucked from the outside through the inlet opening 5.
  • the flow direction thus extends coaxially through the inlet opening 5 in the interior of the impeller and is guided radially outward, wherein the Str ⁇ mungsquerrough constantly expanding.
  • the flow first leaves the blade interspaces 15 at the diameter DSa in a diffusion space 16, the annular between the outer edges 12 of Leitschau- fine 2, the outer edge regions 7, 14 of the cover and the bottom plate 3, 1, and the outer diameter DN of corresponding outer edges 8 is defined.
  • the design of this area affects the efficiency and noise of the fan.
  • the so-called Carnot diffuser effect is avoided, which in the case of immediate release of the flow in axial direction - tion would occur.
  • controlled diffusion takes place in the diffusion space, ie, the kinetic energy supplied to the fluid in the blade interspaces 15 converted into a pressure potential with low losses. That is, fluidically expressed: The kinetic pressure is converted into static pressure.
  • FIGS. 4 and 5 define a diffusion space 16, the cross-section of which, in contrast to the rectangular shape shown in FIG. 2, is widened outwards in a trapezoidal shape.
  • the outer edge portion 7 of the cover plate 3 is open to the outside at an angle which is in a range between 0 and 35 °. This additional expansion enhances the diffusion effect and makes it possible to make the outer edge regions 7, 14 narrower, so that the outer diameter DN must, for example, be only 20% or less above the blade outer diameter DSa, but should be at least 8% higher.
  • FIG 5 shows a corresponding widening of the two outer edge regions 7, 14 of the bottom and cover disks 1, 3.
  • the edge widening can also be performed only on the bottom disk 1 (not shown).
  • Fig. 6 shows a complete unit in an axial section (Fig. 6a) and cross section (Fig. 6b), having in addition in addition to the above-described fan wheel, a suction plate 17 with an integrated intake nozzle 18, the gene over Halterun- "19 and carrier 20 to a motor attitude 21, which in turn carries a motor 22 whose drive shaft 23 is coupled to the fan wheel hub assembly 9.
  • This complete unit with a free-running fan wheel is inserted in a substantially cube-shaped air conditioning box 24. In the latter, a pressure is applied by the fan unit inside which generates volumetric flows in one or more outgoing ducts, since such climatic casings generally do not have flow dynamics.
  • vanes radially adjacent to the diffusion space 16 adjacent guide elements such as fixed diffusion rings.
  • the outwardly facing end side of one or both outer edge regions 7, 14 is also free of guide elements.
  • the fan wheel 1 is not surrounded by a spiral housing in the air conditioning box 24; the walls of the air conditioning box are in the radial direction relatively far from the outer edge of the fan, so the diffusion space removed (typically more than 15% of the fan radius, ie half the outer diameter of the diffusion space (DN)), and the fan is on the outer diameter of the Diffusion space (DN) in one or both axial directions without a housing closing the diffusion space (ie the walls of the air conditioning box are in the axial direction further than the width of the wheel at the exit of the wheel away).
  • Shovel outer diameter DSa 160 - 1400 mm
  • Scoop inner diameter DSi 100 - 650 mm Bucket width at exit B: 40 - 280 mm
  • Inlet opening diameter DE 98 - 660 mm
  • Bucket entry angle ß x 19 ° - 25 °
  • Bucket exit angle ß 2 28 ° - 34 °.
  • the described fan wheel 1 can also be used in conjunction with a spiral casing 25, since the increase in efficiency can also be used here.
  • the spiral housing 25 has a tongue 26; this is formed by that part of the volute casing in which the radial distance to the fan wheel is minimal (e.g., it is less than 15% of the fan wheel radius). Starting from the tongue 26, this distance (e.g., linear or logarithmic) increases up to an exit port 27.
  • the volute may be e.g. directly to the diffuser-forming walls of the wheel, or e.g. at a distance x from them, for example, as shown in Fig. 7a, smaller than the width of the wheel at the exit (i.e., at the diffuser).

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Description

RADIALLUFTERRAD, LÜFTEREINHEIT UND RADIALLUFTERANORDNUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Radiallüfterrad mit rückwärts geneigten Leitschaufeln, eine Lüftereinheit und eine Radiallüfteranordnung .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Solche Radiallüfterräder oder Radiallaufräder werden z.B. in der Klima- und Belüftungstechnik eingesetzt.
Auch vorwärts geneigte Laufräder mit 30 - 40 Leitschaufeln, die von innen nach außen in Laufrichtung verlaufen, werden, in der Belüftungstechnik mit Durchmessern von 160 bis 400 mm in Verbindung mit strömungsbildenden Spiralgehäusen eingesetzt. Ihr statischer Wirkungsgrad liegt bei etwa 30 bis 35%. Ein solches Laufrad ist aus der JP 06299993 bekannt. Eine Ausführung als Radialventilator mit konvergierendem Austrittsring zeigt die US 1,447,915, bei der die zentrifugal beschleunigte Luft durch die radial nach außen konvergierende Austrittsdüse zusätzlich beschleunigt wird.
Für größere Volumenströme werden überwiegend rückwärts geneigte Laufräder verwendet, bei denen die Leitschaufeln nach außen gegen die Laufrichtung geneigt sind." Die gängigen Durchmesser bewegen sich zwischen 200 und 1500 mm, für Sonderanwendungen sind Durchmesser über 2500 mm be- kannt . Der statische Wirkungsgrad solcher Laufräder liegt im Bereich von 70 bis 74%. Sie werden mit und - freilaufend - ohne Spiralgehäuse eingesetzt z.B. in sog. Klimakästen. Dabei tritt die axial von außen durch die Eintrittsöffnung angesaugte Luft radial zwischen den Schau- fein nach außen. Zur Reduzierung unerwünschter Lärmemissionen, die beim Betrieb von Lüfterrädern entstehen, sind entweder schalldämmende (schallabsorbierende) Maßnahmen erforderlich oder konstruktive Maßnahmen am Laufrad selbst, die die austretende Luftströmung lärmmindernd beeinflussen.
EP 0 848 788 zeigt ein Laufrad, bei dem die Außenränder der Schaufeln einen schrägen, zur Drehachse geneigten Rand aufweisen und die peripheren Endabschnitte der Endplatten gekrümmt sind, um den Schalldruck in einem Frequenzbereich von 50 bis 300 Hz zu senken.
Beim Austritt der Luftströmung aus dem Laufrad entstehen durch die abrupte Erweiterung des Strömungsquerschnitts Effekte, die den Wirkungsgrad bei der Umsetzung der im Strömungsmedium enthaltenen kinetischen Energie in die gewünschte statische Druckerhöhung verschlechtern. Um diesen Wirkungsgrad zu verbessern, werden feststehende Diffusorringe mit einem Leitschaufelgitter, wie sie beispielsweise aus EP 1 039 142 bekannt sind, im Anschluß an das Lüfterrad angeordnet. Solche Diffusorringe sind je- doch konstruktiv aufwendig, platzraubend und teuer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt ein Ra- diallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe bereit. Die genannten Scheiben sind über einen Schaufelkranz miteinander verbunden, der von innen nach außen gegen die Laufrichtung geneigt verlaufende und in Achsrichtung ausge- richtete Leitschaufeln aufweist. Die parallel zur Drehachse verlaufenden Außenkanten der Leitschaufeln definieren einen Schaufelaustrittsdurchmesser. An Deck- und Bodenscheibe sind über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche ausgebildet sind, die einen ringförmigen Diffusionsräum mit einem Außendurchmesser definieren, der den Schaufelaustrittsdurchmesser um bis zu 25% Übertrift, und dessen Querschnittsprofil rechteckig oder trapezförmig nach außen aufgeweitet ausgebildet ist. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Lüftereinheit mit einer Ansaugplatte mit integrierter Einlaufdüse, die über eine Halterung mittels Trägern mit einer einen Antrieb tragen- den Halterung verbunden ist. Ein Lüfterrad der oben genannten Art ist auf einer Antriebswelle zwischen Antrieb und der Einlaufdüse angeordnet.
Ein weiterer Aspekt betrfft eine Radiallüfteranordnung, die folgendes aufweist: ein Radiallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung , aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe, die über einen Schaufelkranz miteinander verbunden sind, der von innen nach außen gegen die Laufrichtung gekrümmt verlaufende und in Achsrichtung ausge- richtete Schaufeln aufweist, deren parallel zur Drehachse verlaufende Außenkanten einen Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) definieren, wobei an Deck- und Bodenscheibe über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche ausgebildet sind, die einen ringfδrmi- gen Diffusionsraum mit einem Außendurchmesser (DN) definieren, der den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um bis zu 25% Übertrift, und dessen Querschnittsprofil rechtek- kig oder trapezförmig nach außen aufgeweitet ausgebildet ist; und eine Zone, die radial an den Diffusionsraum und stirnseitig an mindestens einen äußeren Randbereich angrenzt, und keine das Druck- und/oder Geschwindigkeits- profil eines diese Zone durchströmenden Fluids im wesentlichen beeinflussenden Leitelemente aufweist.
Weitere Merkmale sind in den offenbarten Vorrichtungen und Verfahren enthalten oder gehen für den fachmännischen Leser aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen und den angefügten Zeichnungen hervor.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben, in der: Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Lüfterrades zeigt,
Fig. 2 einen Axialschnitt des in Fig. 1 gezeigten Lüfterrades entlang der Drehachse darstellt,
Fig. 3 eine Ansicht des Lüfterrades in Richtung der Drehachse auf die Bodenscheibe ist,
Fig. 4 eine Gestaltungsvariante des Randbereichs des Lüfterrades angibt,
Fig. 5 eine alternative Gestaltungsvariante des Randbereiches zeigt,
Fig. 6a und b eine Anordnung eines freilaufenden Lüfterrads in einem Klimakasten im Axialschnitt und Querschnitt zeigen, und
Fig. 7a und b eine Anordnung eines (nicht freilaufenden) Lüfterrads in einem Spiralgehäuse im Axialschnitt und Querschnitt zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Lüfterrads. Vor einer detaillierten Beschreibung der Fig. 1 folgen zunächst verschiedene Erläuterungen zu den Ausführungsformen .
Bei den gezeigten Lüfterrädern ist zwischen äußeren Randbereichen der Deck- und Bodenscheibe, die über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehen, ein ringförmiger Diffusionsraum gebildet, in dem die austretende Fluidstrδmung beruhigt wird und kinetischen Energie verlustarm in statischen Druck umgewandelt wird. Das Querschnittsprofil dieses "Diffusionsrings" kann dabei kon- struktiv und fertigungstechnisch in besonders einfacher Weise rechteckig ausgebildet sein, indem die Außendurchmesser der Deck- und Bodenscheiben entsprechend gegenüber dem Schaufelaustrittsdurchmesser erhöht sind. Es kann alternativ trapezförmig nach außen aufgeweitet sein, wobei durch die zusätzliche Querschnittserweiterung der Diffusionseffekt verstärkt wird und damit der Wirkungsgrad erhöht werden kann, und der Durchmesser des Rads verringert .
Bei einigen Ausführungsformen übertrifft der Außendurchmesser (DN) des Diffusionsraumes (z.B. 16 in Fig. 2, 4, 5) den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um 8% bis 20%, vorzugsweise 10 bis 15% und noch bevorzugter um 12% übertrifft. Dies sind die Durchmesserbereiche, in denen der genannte Effekt am stärksten auftritt.
Bei einigen der Ausführungsformen bilden der äußere Randbereich (z.B. 7 in Fig. 4 und 5) und eine zur Drehachse normalen Ebene einen Winkel α, der kleiner als 35°, und beispielsweise kleiner 25° ist. Zum Beispiel beträgt der Winkel α 12°. Dies sind Öffnungswinkel, bei denen die gewünschte Luftführung besonders effektiv eintritt und eine besonders effektive Diffusionswirkung erreicht wird.
Bei Ausführungsformen mit besonders wirksamer Gestaltung des Lüfterrads im Bereich des Lufteintritts ist die Eintrittsöffnung der Deckscheibe nach innen trompetenförmig aufgeweitet . Bei einigen dieser Ausführungsformen weisen die Innenkanten der Leitschaufeln im Anschlußbereich an die Deckscheibe eine konvexe Krümmung aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen ist die Bodenscheibe (z.B. 1 in den Figuren 1 - 6) mit einer Nabenanordnung (z.B. 9) versehen. Bei einigen der Ausführungsformen liegt die Anzahl der Schaufeln des Lüfterrads im Bereich von sechs bis zehn Schaufeln.
Der Schaufeleintrittswinkel liegt beispielsweise im Bereich von 19° bis 25°, der Schaufelaustrittswinkel liegt beispielsweise im Bereich von 28° bis 34° (die angegeben Werte sind jeweils eingeschlossen) .
Die Ausführungsformen zeigen auch Lüftereinheiten mit einer Ansaugplatte (z.B. 7) mit integrierter Einlaufdüse (z.B. 18), die über eine Halterung (z.B. 19) mittels Trägern (z.B. 20) mit einer einen Antrieb (z.B. 22) tragen- den Halterung (z.B. 21) verbunden ist, wobei ein Lüfterrad nach einer der Ausführungsformen auf einer Antriebswelle (z.B. 23), zwischen Antrieb und der Einlaufdüse angeordnet ist .
Manche Ausführungsformen betreffen Radiallüfteranordnungen, bei denen das Laufrad weitgehend frei von zusätzlichen strömungsleitenden Elementen eingesetzt ist und insbesondere der Luftaustrittsbereich von solchen Elementen freigehalten ist. Eine solche Radiallüfteranordnung weist zum Beispiel folgendes auf: ein Radiallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe, die über einen Schaufelkranz miteinander verbunden sind, der von innen nach außen gegen die Laufrichtung gekrümmt verlaufende und in Achsrichtung ausge- richtete Schaufeln aufweist, deren parallel zur Drehachse verlaufende Außenkanten einen Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) definieren, wobei an Deck- und Bodenscheibe über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche ausgebildet sind, die einen ringförmi- gen Diffusionsraum mit einem Außendurchmesser (DN) definieren, der den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um bis zu 25% Übertrift, und dessen Querschnittsprofil rechtek- kig oder trapezförmig nach außen aufgeweitet ausgebildet ist; und eine Zone, die radial an den Diffusionsraum und stirnseitig an mindestens einen äußeren Randbereich angrenzt, und keine das Druck- und/oder Geschwindigkeitsprofil eines diese Zone durchströmenden Fluids im wesentlichen beein lussenden Leitelemente aufweist.
Bei manchen Ausführungsformen werden die genannten Lüfterräder als freilaufende Lüfterräder, z.B. in im wesent- lichgen würfelförmigen Klimakästen verwendet. Bei anderen Ausführungsformen erfolgt die Verwendung der Lüfterräder in Spiralgehäusen-
Nun zurückkehrend zu Fig. 1, ist das gezeigte Lüfterrad aus einer flachen Bodenscheibe 1, einem aus mehreren Leitschaufeln 2 bestehenden Schaufelkranz und einer Deck- scheibe 3 gebildet. Boden- und Deckscheibe 1, 3 sind konzentrisch in einem Abstand B zueinander bezüglich der Drehachse 4 angeordnet und sind über den Schaufelkranz miteinander verbunden. Die Deckscheibe 3 weist eine Ein- trittsδffnung 5 mit dem Durchmesser DE auf, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium angesaugt wird.
Dabei verläuft die Deckscheibe 3 von einem die Eintritts- Öffnung 5 begrenzenden stirnseitigen Rand 6 ausgehend trompetenförmig nach innen aufgeweitet und radial in ei- nen äußeren Randbereich 7. Die Bodenscheibe 1 ist als Kreisscheibe ausgebildet und trägt eine zentral angeordnete Nabenanordnung 9 mit einer Öffnung 10, die mit einer Antriebseinheit verbunden werden kann, um das Lüfterrad anzutreiben (Fig. 6) . In einer nicht-dargestellten Aus- führung können Bodenscheibe und Antriebsflansch auch einstückig ausgebildet sein.
Boden- und Deckscheibe sind radial durch ihre Außenkanten 8 begrenzt und sind über den Schaufelkranz in einem Ab- stand B miteinander verbunden (Antrieb mit Außenläufermotor) . Der Schaufelkranz weist bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsform sieben Leitschaufeln 2 auf, die gleichmäßig sternförmig bezüglich der Drehachse 4 angeordnet sind. Dabei definieren die zur Drehachse 4 weisen- den Innenkanten 11 einen Durchmesser DSi und die Außenkanten 12 einen Schaufelaußendurchmesser DSa. Das eigentliche Leitschaufelblatt verläuft von der Innenkante 11 ausgehend radial und gegen die Laufrichtung R geneigt nach außen, wo es an der Leitschaufelaußenkante 12 endet (Fig. 3) . Zusätzlich sind die in Achsrichtung verlaufenden Leitschaufeln bezüglich der Drehachse 4 gekrümmt, wobei die konvexen Seiten nach außen weisen. Ein solches Lüfterrad wird auch als rückwärts gekrümmtes Laufrad bezeichnet, es ist in alternativen (nicht dargestellter) Ausführungen mit z.B. 6 - 14 Schaufeln versehen, dabei können die Leitschaufeln 2 auch eben gestaltet sein. Ihre Seitenränder sind in geeigneter Weise mit der Boden- bzw. der Deckscheibe 1, 3 verbunden, wobei die Konturen der Seitenränder in ihrem Anschlußbereich jeweils der Wölbung der Boden- 1 bzw. der Deckscheibe 3 folgen. Außen- und Innenkante 12, 11, verlaufen im wesentlichen parallel, zur Drehachse 4, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die Innenkante 11 im Anschlußbereich an die Deckscheibe aus fertigungs- und strömungstechnischen Gründen gekrümmt verläuft.
Als Schaufeleintrittswinkel ßi (Fig. 3) ist hier der Winkel der Tangente am inneren Fußpunkt der Schaufel zur durch diesen Fußpunkt laufenden Kreisumfangstangente ge- meint, als Schaufelaustrittswinkel γ entsprechend der Winkel der Tangente am äußeren Fußpunkt der Schaufel zur durch diesen Fußpunkt laufenden Kreisumfangstangente. Bei Schaufeln mit geeigneter logarithmischer Krümmung sind Eintritts- und Austrittswinkel gleich; bei den in den Fi- guren gezeigten Ausführungsformen sind die Schaufeln weniger stark gekrümmt sind, so daß der Schaufeleintrittswinkel ßx kleiner als der Schaufelaustrittswinkel ß2 ist. Boden- und Deckscheibe 1, 3 weisen einen Außendurchmesser DN auf, der über dem Schaufelaußendurchmesser DSa liegt, so daß auch zwischen der Außenkante 8 der Bodenscheibe 1 und dem Leitschaufelaußendurchmesser DSa ein äußerer Randbereich 14 definiert ist. Der Abstand zwischen Deck- und Bodenscheibe 3 , 1 oder die Schaufelbreite B beträgt maximal :
5 (DN-DSa)/2
Im Betrieb wird das Lüfterrad in die Antriebsrichtung R (Fig. 3) bewegt, und die Leitschaufeln fördern das im Innern des Lüfterrades befindliche Strδ ungsfluid nach au- ßen, wo es am Schaufelradaußendurchmesser DSa im wesentlichen radial austritt. Durch den verursachten Unterdruck im Laufradinnern wird Fluid von außen durch die Eintrittsöffnung 5 angesaugt. Die Strömungsrichtung verläuft also koaxial durch die Eintrittsδffnung 5 in das Innere des Laufrades und wird radial nach außen geführt, wobei sich der Strδmungsquerschnitt dabei ständig erweitert . Dabei verläßt die Strömung zunächst am Durchmesser DSa die SchaufelZwischenräume 15 in einen Diffusionsraum 16, der ringförmig zwischen den Außenkanten 12 der Leitschau- fein 2, den äußeren Randbereichen 7, 14 der Deck- bzw. der Bodenscheibe 3, 1, und dem Außendurchmesser DN der entsprechenden Außenkanten 8 definiert ist. Die Gestaltung dieses Bereiches beeinflußt den Wirkungsgrad und die Geräuschentwicklung des Lüfterrades. Dadurch, daß die Ra- dialströ ung nach ihrem Austritt aus den Schaufelzwischenräumen 15 axial beiderseits durch die äußeren Randbereiche 7, 14 gehalten wird, bevor sie das Lüfterrad verläßt, wird der sog. Carnot-Diffusoreffekt vermieden, der bei unmittelbarer Freigabe der Strömung in Axialrich- tung auftreten würde. Durch die erfindungsgemäße Führung der Strömung findet eine kontrollierte Diffusion in dem Diffusionsraum statt, d.h., die dem Fluid in den Schaufelzwischenräumen 15 zugeführte kinetische Energie wird mit geringen Verlusten in ein Druckpotential umgewandelt . Das heißt, strömungsmechanisch ausgedrückt: Der kinetische Druck wird in statischen Druck umgewandelt . Durch Vermeiden der Carnot-Diffusion steigt der Wirkungsgrad, und die Verringerung von Turbulenzen an den Austrittskanten 8 und 12 senkt die Geräuschemission.
Die Ausgestaltungen nach Fig. 4 und 5 definieren einen Diffusionsraum 16, dessen Querschnitt im Gegensatz zur in Fig. 2 dargestellten Rechteckform trapezförmig nach außen aufgeweitet ist. Nach Fig. 4 ist der äußere Randbereich 7 der Deckscheibe 3 nach außen um einen Winkel geöffnet, der in einem Bereich zwischen 0 und 35° liegt. Diese zusätzliche Aufweitung verstärkt den Diffusionseffekt und erlaubt es, die äußeren Randbereiche 7, 14 schmaler zu gestalten, so daß der Außendurchmesser DN beispielsweise nur 20% oder weniger über dem Schaufelaußendurchmesser DSa liegen muß, er sollte jedoch mindestens 8% darüber liegen.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Aufweitung beider äußerer Randbereiche 7, 14 der Boden- und Deckscheibe 1, 3. Die Randaufweitung kann auch nur an der Bodenscheibe 1 ausgeführt werden (nicht dargestellt) .
Fig. 6 zeigt eine Kompletteinheit im Axialschnitt (Fig. 6a) und Querschnitt (Fig. 6b) , die neben dem oben beschriebenen Lüfterrad zusätzlich eine Ansaugplatte 17 mit integrierter Einlaufdüse 18 aufweist, die über Halterun-" gen 19 und Träger 20 mit einer Motorhaltung 21 verbunden ist, die wiederum einen Motor 22 trägt, dessen Antriebswelle 23 mit der Nabenanordnung 9 des Lüfterrades gekoppelt ist. Diese Kompletteinheit mit freilaufenden Lüfterrad ist in einen im wesentlichen würfelförmigen Klima- kästen 24 eingesetzt. In diesem wird durch die Lüftereinheit im Innern ein Druck aufgebaut wird, der in einem oder mehreren abgehenden Kanälen Volumenstrδme erzeugt . Da solche Klimakästen in der Regel nicht strömungsdyna- misch gestaltet sind, ist die angegebene Diffusionswirkung hier besonders effektiv, da auf zusätzliche strömungsleitende oder schalldämmende Maßnahmen weitgehend verzichtet werden kann. Insbesondere fehlen radial an den Diffusionsraum 16 angrenzende Leitelemente, wie feststehend Diffusionsringe. Zusätzlich ist dabei auch die nach außen weisende Stirnseite eines oder beider äußeren Randbereiche 7, 14 frei von Leitelementen. Das Lüfterrad 1 ist im Klimakasten 24 nicht von einem Spiralgehäuse umge- ben; die Wände des Klimakastens sind in Radialrichtung relativ weit vom Außenrand des Lüfterrads, also des Diffusionsraums, entfernt (typischerweise mehr als 15% des Lüfterrad-Radius, also des halben Außendurchmessers des Diffusionsraums (DN) ) , und das Lüfterrad ist am Außen- durchmesser des Diffusionsraums (DN) in einer oder beiden Axialrichtungen ohne ein den Diffusionsraum abschließendes Gehäuse (d.h. die Wandungen des Klimakastens sind in Axialrichtung weiter als die Breite des Rades am Austritt vom Rad entfernt) .
Bei einem Lüfterrad mit folgenden Abmessungen wurde in einer freilaufenden Anordnung eine Wirkungsgradsteigerung von 5 %-Punkten erzielt:
Außendurchmesser DN: 457 mm
Schaufelaußendurchmesser DSa 406,4 mm SchaufelInnendurchmesser DSi 252.4 mm Schaufelbreite am Austritt B 110.5 mm Eintrittsδffnungsdurchmesser DE: 257,4 mm Schaufeleintrittswinkel ß : 22° Schaufelaustrittswinkel ß2 : 31°.
Die Abmessungen für weitere Ausführungsbeispiele von Lüfterrädern liegen in folgendem Bereich:
Außendurchmesser DN: 200 - 1800 mm
Schaufelaußendurchmesser DSa: 160 - 1400 mm Schaufelinnendurchmesser DSi: 100 - 650 mm Schaufelbreite am Austritt B: 40 - 280 mm Eintrittsöffnungsdurchmesser DE: 98 - 660 mm Schaufeleintrittswinkel ßx: 19° - 25° Schaufelaustrittswinkel ß2 : 28° - 34°.
Wie Fig. 7a (Axialschnitt) und 7b (Querschnitt) zeigen, kann das beschriebene Lüfterrad 1 jedoch auch in Verbindung mit einem Spiralgehäuse 25 eingesetzt werden, da auch hier die Wirkungsgradsteigerung nutzbar ist. Das Spiralgehäuse 25 weist eine Zunge 26 auf; diese wird durch denjenigen Teil des Spiralgehäuses gebildet, bei dem der Radialabstand zum Lüfterrad minimal ist (er beträgt z.B. weniger als 15% des Lüfterrad-Radius) . Ausgehend von der Zunge 26 vergrößert sich dieser Abstand (z.B. linear oder logarithmisch) bis zu einer Austrittsöffnung 27. In Axialrichtung kann das Spiralgehäuse z.B. direkt an die den Diffusor bildenden Wände des Rades anschließen, oder z.B. in einem Abstand x von diesen angeordnet sein, der z.B., wie in Fig. 7a gezeigt, kleiner als die Breite des Rades am Austritt (d.h. am Diffusor) ist.
Alle Publikationen und existierende Systeme, die in dieser Beschreibung genannt sind, werden per Bezugnahme in diese einbezogen.
Obgleich hier bestimmte Produkte, die in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung gebaut wurden, beschrieben worden sind, ist der Schutzbereich dieses Patents nicht hierauf beschränkt. Im Gegenteil, das Patent deckt alle Ausführungsformen der Lehren der Erfindung ab, die wörtlich oder unter der Äquivalenzdoktrin in den Schutzbereich der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Ansprüche
1. Radiallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung (5) aufweisenden
Deckscheibe (3) und einer Bodenscheibe (1) , die über einen Schaufelkranz miteinander verbunden sind, der von innen nach außen gegen die Laufrichtung geneigt verlaufende und in Achsrichtung ausge- richtete Leitschaufeln (2) aufweist, deren parallel zur Drehachse (4) verlaufende Außenkanten (8) einen Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) definieren, wobei an Deck- und Bodenscheibe (3, 1) über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche (7, 14) ausgebildet sind, die einen ringförmigen Diffusionsraum (16) mit einem Außendurchmesser (DN) definieren, der den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um bis zu 25% Übertrift, und dessen Querschnittsprofil rechteckig oder tra- pezförmig nach außen aufgeweitet ausgebildet ist.
2. Radiallüfterrad nach Anspruch 1, bei welchem der Außendurchmesser (DN) des Diffusionsräumes (16) den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um 8% bis 20%, vorzugsweise 10 bis 15% und noch bevorzugter um 12% übertrifft .
3. Radiallüfterrad nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der der äußere Randbereich (7, 12) und eine zur Drehachse normalen Ebene einen Winkel α bilden, der kleiner als 35°, vorzugsweise kleiner 25° ist.
4. Radiallüfterrad nach Anspruch 3, bei welchem der Winkel α 12° beträgt.
5. Radiallüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Eintrittsöffnung (5) der Deckscheibe nach innen trompetenförmig aufgeweitet ist .
6. Radiallüfterrad nach Anspruch 5, bei welchem die Innenkanten (10) der Leitschaufeln (2) im Anschlußbereich an die Deckscheibe (3) eine konvexe Krümmung aufweisen.
7. Radiallüfterrad nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, bei welchem die Bodenscheibe (1) mit einer
Nabenanordnung (9) versehen ist.
8. Lüftereinheit mit einer Ansaugplatte (7) mit integrierter Einlaufdüse (18) , die über eine Halterung (19) mittels Trägern (20) mit einer einen Antrieb
(22) tragenden Halterung (21) verbunden ist, wobei ein Lüfterrad nach Anspruch 7 auf einer Antriebswelle (23) , zwischen Antrieb (22) und der Einlauf- düse (18) angeordnet ist.
9. Radiallüfteranordnung, die folgendes aufweist: ein Radiallüfterrad mit__einer eine Eintrittsöffnung aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe, die über einen Schaufelkranz miteinander ver- bunden sind, der von innen nach außen gegen die
Laufrichtung gekrümmt verlaufende und in Achsrich- tung ausgerichtete Schaufeln aufweist, deren parallel zur Drehachse verlaufende Außenkanten einen Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) definieren, wobei an Deck- und Bodenscheibe über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche ausgebildet sind, die einen ringförmigen Diffusibnsraum mit einem Außendurchmesser (DN) definieren, der den Schaufelaustrittsdurchmesser (DAs) um bis zu 25% Übertrift, und dessen Querschnittsprofil rechteckig oder trapezförmig nach außen aufgeweitet ausgebildet ist; und eine Zone, die radial an den Diffusionsraum und stirnseitig an mindestens einen äußeren Randbereich angrenzt, und keine das Druck- und/oder Geschwindigkeitsprofil eines diese Zone durchströmenden Fluids im wesentlichen beeinflussenden Leitelemente aufweist .
10. Verwendung einer Lüftereinheit nach Anspruch 8 in einer Lüfteranordnung, insbesondere in einem Klimakasten.
11. Verwendung eines Radiallüfterrads nach einem der Ansprüche 1-7 als freilaufendes Radiallüfterrad.
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