EP3183459A1 - Axialventilator - Google Patents

Axialventilator

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EP3183459A1
EP3183459A1 EP15757450.0A EP15757450A EP3183459A1 EP 3183459 A1 EP3183459 A1 EP 3183459A1 EP 15757450 A EP15757450 A EP 15757450A EP 3183459 A1 EP3183459 A1 EP 3183459A1
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EP
European Patent Office
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axial fan
fan according
housing
impeller
diameter
Prior art date
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EP15757450.0A
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English (en)
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Daniel Gebert
Thorsten Pissarczyk
Angelika Klostermann
Katrin Bohl
Markus ENGERT
Oliver Haaf
Marc Schneider
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Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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    • F04D29/667—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by influencing the flow pattern, e.g. suppression of turbulence

Definitions

  • the invention relates to an axial fan for use with a wall ring plate, in particular in the field of ventilation, air conditioning and refrigeration.
  • D standard ⁇ nl x standard diameter
  • Dstandard of wheels are thus for example 501 mm, 562 mm, 630 mm, 707 mm, etc. A tolerance of 2% can be considered.
  • the axial extent of the assembly i. especially the fan, motor and possible additional components, the dimensioning and geometry of the
  • the flow mechanics of conventional axial fans is to be improved in order to increase their efficiency and the air performance of the previously used engines by reducing the torque requirement or, in order to have the opportunity to use cheaper engines with lower torque and reduced power consumption, the air flow in deliver the same way.
  • the efficiency can be increased by reducing the dynamic exit losses (pressure recovery), as described, inter alia, in DE202010016820U1.
  • pressure recovery pressure recovery
  • an idler or a diffuser can be provided in an axial fan, for example.
  • such a downstream conversion never happens completely and is thus inefficient compared to measures within the axial fan, which leads to a reduction of the speed in the Run impeller.
  • the hub When using external rotor motors, the hub is larger in diameter than the motor because it sits inside the hub. For axial fans, however, a large hub increases the axial velocity of the flow and thus the outlet losses at the same volume flow.
  • the air output of an axial fan can be increased by increasing the size of the impeller.
  • the problem here is, however, that there is a significant deterioration in the acoustics when maintaining the space due to the use of fixed in their outer dimensions to standards wall ring plate and an increase in the wall ring diameter for the enlarged impeller.
  • measures must therefore already be taken in the axial fan in the area of the impeller, both to reduce the dynamic outlet losses and to maintain or even improve the acoustics.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an axial fan with respect to known systems improved efficiency at not increased noise, which can be used as a direct replacement of an axial fan with wall ring plate.
  • This object is achieved by the feature combination according to claim 1.
  • an axial fan in particular a low-pressure axial fan, proposed for use with a wall-ring plate, comprising a motor, a housing with inflow and outflow and an impeller driven by the motor, wherein the housing
  • the inflow side has a housing outside diameter Di and the impeller an opposite one based on a DIN or ISO standard, in particular the DIN 323 and ISO 3 standard impeller diameter D s t enlarged to dard impeller diameter D L, so that a ratio of DI / DL is smaller than a ratio of Di / D s standard
  • Einström inflow and seen in the flow direction seen from an inflow diameter D A on a wall ring diameter DWR in cross-section narrowing tapering section, the axial width b and radial length a a ratio of a / b in a range of 0.3 to 0.7 , preferably from 0.4 to 0.6, more preferably 0.5.
  • the arcuate shape thus forms in a favorable embodiment in the lateral cross-section part of an oval, more preferably a part of an ellipse.
  • the combination of an increase of the impeller diameter D L over the standardized impeller diameter while adjusting the Einströmgeometrie provides the desired reduced torque requirement with a non-deteriorated acoustics.
  • Impeller diameter enlargement increases the exit area, resulting in a reduction of the dynamic leakage losses and an associated increase in efficiency.
  • the possibility of enlarging the impeller while maintaining the good acoustic behavior is achieved by the Einströmgeometrie described above.
  • the factors g and f are defined in a range g min to g max and in a range f min to f max according to the invention
  • the invention is directed to wheels with diameters of 350 to 1300mm, more preferably 500 to 9 0mm.
  • the wheels themselves have 3 to 3, preferably 4 to 7 blades on.
  • a reinforcing web extending in the axial, radial or oblique direction to be formed between the outer edge region and the narrowing section and, in a favorable embodiment, extend axially horizontally in the flow direction or radially perpendicularly.
  • Such a “stiffening bead” stiffens the housing in the inflow area and stabilizes the entire assembly of fan and wall ring plate.
  • dimensionless strong impellers in which the position of the static efficiency optimum lies at large values of the flow rate ⁇ and the pressure factor im which are essentially influenced by the number of blades and the angular position, are acoustically better than dimensionless weak impellers.
  • the position of the static efficiency optimum at a value of the pressure factor ⁇ (according to standard ISO 5801) lies in a range which is defined as
  • the efficiency and acoustics of the axial fan can be further improved by forming winglets on each of the blades of the impeller, in particular by integrally forming them on the radial outer portions of the blades.
  • the invention provides that within the hub of the impeller an interchangeable, in size to the respective motor matching engine replacement insert can be arranged. This increases the variability of the design and reduces the costs for different models.
  • the axial fan according to the invention is not limited to the adaptation of the housing in the region of the impeller. Rather, it is provided that in the outflow to the housing integrally a diffuser is arranged to ensure the pressure recovery.
  • the transition of the housing from the wall-ring area to the diffuser is rounded off in a preferred embodiment. It is also advantageous if, for comparatively high back pressures in the axial fan according to the invention in the discharge area on the housing, a Nachleitrad is used, which is conveniently optional retrofitted.
  • a protective grid in the discharge area on the housing.
  • the protective grid can be designed as an insert in the diffuser and have matching meshes or rings in shape and size.
  • an embodiment with a one-piece impeller is low.
  • a blade training is provided according to the invention in an advantageous embodiment, that these are profiled or insichelt.
  • Fig. 1 is a front view of an axial fan with wall ring plate
  • Fig. 2 is a three-dimensional, partially sectioned view of a
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the axial fan of Fig. 2;
  • Fig. 4 is a diagram of the pressure achieved according to the invention.
  • FIG. 1 shows a front view of a low-pressure axial fan 1 with a rectangular wall-ring plate 9 formed integrally thereon with the side edge lengths D_2 and D_1 (D1 ⁇ D2), the plan view providing a view in the flow direction and that with five extending radially from the hub 6 outwardly extending impeller blades 2 trained impeller 20 can be seen in the center of the axial fan 1.
  • the wall ring plate 9 has standard dimensions and forms with the axial fan 1, a structural unit, which allows a direct exchange with existing systems, for example in condensers, heat exchangers, refrigeration systems and the like.
  • Figure 2 shows one half of the axial fan of Fig. 1 in a three-dimensional, partially sectioned view. It is understood that the axial center line opposite half mirrored identically formed.
  • the axial fan 1 comprises a motor 8 designed as an external rotor, which is arranged inside the hub 6 and is connected to the impeller 20 via a motor changeover insert 7 that is suitable for the dimension of the motor 8.
  • the engine replacement insert 7 may be releasably secured to the hub 6.
  • the motor 8 drives the hub 6 and thus the impeller 20 via the motor changeover insert 7.
  • the housing 10 of the axial fan 1 has seen in the flow direction from left to right an inflow region 1 1 with maximum
  • Housing outer dimension D_1 a partially sectionally bent in the cross-section tapered portion 4, an axially horizontally extending central portion 14 and one with a diffuser 3 formed Outflow 12 on.
  • the opening angle "alpha" of the diffuser 3 is approximately 2 degrees, and the axial total length of the axial fan 1 is designated h
  • the impeller 20 is arranged in the axial fan 1 essentially at the level of the central portion 14, with a vertical plane at the boundary between the impeller 20 radially intersects the middle section 14 and the diffuser 3.
  • Each blade 2 of the impeller 20 has at its radial end section a winglet 21 extending along the axial outer edge.
  • the impeller 20 further has an impeller diameter D_L which is larger than that based on DIN 323 or ISO 3 standardized impeller diameter D_standard, so that the ratio of
  • D_1 / D_L is less than the ratio of D_1 / D_standard.
  • the impeller diameter D_L is about 10% larger than the standardized impeller diameter D_standard.
  • the radial length c of the outer edge region 5 results from the difference between the housing outer dimension D_1 and the definable inflow diameter D_A.
  • the axial width b and radial length a of the tapering section 4 form a ratio of a / b, which in the embodiment shown corresponds approximately to the value 0.5.
  • the lengths a and b are measured taking into account the wall thickness of the housing 10.
  • the length b ends at the point at which the housing 10 in the fully constantly horizontal middle section 14 passes, ie no arch shape of the tapering section 4 is more noticeable.
  • the length a ends at the point at which the housing 10 merges into the completely vertical outer edge region 5, ie, no arched shape of the tapering section 4 can be detected any longer.
  • the axial end of the tapering section 4 in the flow direction forms a vertical plane, which coincides in the embodiment shown substantially with the front edge of the hub 6.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment to that according to FIG. 2, in which all features are identical, but in addition to the housing 10 of the axial fan 1 in the inflow region 11, between, i. in the transition from the outer edge region 5 to the tapering section 4, a stiffening web 3 extending horizontally in the axial direction is formed for stiffening the inflow region 11.
  • the dimension a of the tapering section 4 can be determined even more simply, since it extends to the axial inside of the axially horizontal stiffening web 13.
  • FIG. 4 shows the reduction of the pressure factor ⁇ of the axial fan 1 according to the invention compared to those of the prior art with reference to the standardized impeller diameter D_standard.
  • the static efficiency optimum of the axial fan 1 according to the invention surprisingly lies at a pressure value i J ⁇ -0.0003 ⁇ D_standard + 0.425, ie at or below the limit curve shown in the diagram, whereas the prior art wheels with and without follower wheel are always above the limit curve lie.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.
  • the number of blades of the impeller is not limited to five, but may be in the range of 3 to 13, especially 4 to 7.
  • a Nachleitrad not shown in the figures for flow optimization and a protective grid can be used as contact protection.

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Description

Axialventilator
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Axialventilator zum Einsatz mit einer Wandringplatte, insbesondere im Bereich der Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Ventilatoren mit Wandringplatte jeweils als Baueinheit vorzusehen, wobei die Abmessungen der Wandringplat- ten standardisiert sind, um eine Austauschbarkeit der Geräte durch Ersatz der gesamten Baueinheit zu ermöglichen. Neue Lösungen von Ventilatoren mit Wandringplatte müssen deshalb bezüglich ihrer Dimensionierung (Länge und Breite der Wandringplatte) derart ausgelegt sein, dass sie bestehende Systeme ersetzen können. Sie unterliegen mithin deren bauraumbedingten Restriktionen hinsichtlich Länge und Breite und müssen herkömmliche EC- und AC-Motoren nutzen können. Für die Ventilatoren werden dabei Laufräder mit einem auf der Normreihe R20 der DIN 323 bzw. ISO 3 basierenden Durchmesser Dstandard verwendet, der sich nach folgender Formel berechnet:
D Standard = ^n-l x Standarddurchmesser Dstandard von Laufrädern liegen demnach beispielsweise bei 501 mm, 562 mm, 630 mm, 707 mm usw. Eine Toleranz von 2% kann berücksichtigt werden.
Zur Abstimmung der Einheit aus Ventilator und Wandringplatte können die axiale Erstreckung der Baueinheit, d.h. vor allem des Ventilators, Motors und möglicher Zusatzbauteile, die Dimensionierung und Geometrie des
Ventilatorraums in der Wandringplatte sowie das Laufrad selbst verändert werden.
Dabei soll die Strömungsmechanik herkömmlicher Axialventilatoren verbessert werden, um deren Wirkungsgrad und die Luftleistung der bisher verwen- deten Motoren durch Reduktion des Drehmomentbedarfs zu erhöhen bzw., um die Möglichkeit zu haben, kostengünstigere Motoren mit geringerem Drehmoment und reduzierter Leistungsaufnahme einzusetzen, welche die Luftleistung in gleicher weise liefern.
Grundsätzlich kann der Wirkungsgrad durch eine Reduktion der dynami- sehen Austrittsverluste (Druckrückgewinn) erhöht werden, wie es u.a. in der DE202010016820U1 beschrieben ist. Als bauartbedingte Maßnahmen zur Strömungsbeeinflussung bezüglich Drall und Austrittsgeschwindigkeit können bei einem Axialventilator beispielsweise ein Nachleitrad oder ein Diffusor vorgesehen werden. Eine derart nachgeschaltete Rückwandlung geschieht jedoch nie vollständig und ist damit ineffizienter verglichen zu Maßnahmen innerhalb des Axialventilators, die zu einer Reduktion der Geschwindigkeit im Laufrad führen.
Bei der Verwendung von Außenläufermotoren ist die Nabe im Durchmesser größer als der Motor, da er innerhalb der Nabe sitzt. Eine große Nabe erhöht bei Axialventilatoren jedoch bei gleichem Volumenstrom die Axialgeschwin- digkeit der Strömung und damit die Austrittsverluste.
Die Luftleistung eines Axialventilators kann zwar grundsätzlich durch eine Vergrößerung des Laufrads erhöht werden. Problematisch ist hierbei jedoch, dass es bei einer Beibehaltung des Bauraums aufgrund der Nutzung einer in ihren Außenabmessungen auf Standards festgelegten Wandringplatte und einer Vergrößerung des Wandringdurchmessers für das vergrößerte Laufrad zu einer deutlichen Verschlechterung der Akustik kommt. Es sind deshalb zur ganzheitlichen Verbesserung der dynamischen Strömung bereits in dem Axialventilator im Bereich des Laufrads Maßnahmen zu ergreifen, sowohl die dynamischen Austrittsverluste zu reduzieren als auch die Akustik beizubehal- ten oder gar zu verbessern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator mit gegenüber bekannten Systemen verbesserter Effizienz bei nicht erhöhter Geräuschentwicklung bereit zu stellen, der als unmittelbarer Ersatz eines Axialventilators mit Wandringplatte einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dabei wird ein Axialventilator, insbesondere ein Niederdruck- Axialventilator, zum Einsatz mit einer Wandringplatte vorgeschlagen, umfassend einen Motor, ein Gehäuse mit Einströmbereich und Ausströmbereich und ein von dem Motor antreibbares Laufrad, wobei das Gehäuse
einströmseitig einen Gehäuseaußendurchmesser Di und das Laufrad einen gegenüber einem basierend auf einer DIN- oder ISO-Norm, insbesondere der DIN 323 bzw. der ISO 3, standardisierten Laufraddurchmesser Dstandard vergrößerten Laufraddurchmesser DL aufweist, so dass ein Verhältnis von DI/DL kleiner ist als ein Verhältnis von Di/Dstandard- Dabei weist der
Einströmbereich einströmseitig und in Strömungsrichtung gesehen einen sich von einem Einströmdurchmesser DA auf einen Wandringdurchmesser DWR im Querschnitt gesehen bogenförmig verkleinernden Verjüngungsabschnitt auf, dessen axiale Breite b und radiale Länge a ein Verhältnis von a/b in einem Bereich von 0,3 bis 0,7, vorzugsweise von 0,4 bis 0,6, weiter bevorzugt 0,5 bilden. Die Bogenform bildet somit in einer günstigen Ausführung im seitlichen Querschnitt einen Teil eines Ovals, weiter bevorzugt einen Teil einer Ellipse. Die Kombination aus einer Vergrößerung des Laufraddurchmessers DL über den standardisierten Laufraddurchmesser bei gleichzeitiger Anpassung der Einströmgeometrie liefert den gewünschten reduzierten Drehmomentbedarf bei einer nicht verschlechterten Akustik. Durch die
Laufraddurchmesservergrößerung erhöht sich die Austrittsfläche, wodurch eine Reduktion der dynamischen Austrittsverluste und eine damit verbundene Effizienzsteigerung erzielt werden. Die Möglichkeit der Vergrößerung des Laufrads bei einer Beibehaltung des guten Akustikverhaltens wird durch die oben beschriebene Einströmgeometrie erzielt.
Als günstig hat sich herausgestellt, wenn der Laufraddurchmesser gegen- über dem standardisierten Laufraddurchmesser um einen Faktor g vergrößert wird, während die Außenabmessungen beibehalten werden, d.h. für Di und DL:
DI = f x DSTANDARD
DL = 9 x DSTANDARD
Dabei sind die Faktoren g und f in einem Bereich gmin bis gmax und in einem Bereich fmin bis fmax erfindungsgemäß festgelegt als
gmin=-0,00008xDstandard+1 , 1 und + 1 ,34, vorzugsweise gmax=-0,00022xDsiandard+1 ,088, und
fmin=-0,00022xDstandard+1 ,35, vorzugsweise fmin=-0,00028xDstandard+1 ,42 und ,5, Vorzugsweise ,46.
Insbesondere richtet sich die Erfindung dabei auf Laufräder mit Durchmessern von 350 bis 1300mm, weiter bevorzugt 500 bis 9 0mm. Die Laufräder selbst weisen dabei 3 bis 3, vorzugsweise 4 bis 7 Schaufeln auf.
Das Gehäuse des Axialventilators wird zur Akustikverbesserung erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass es eine Einströmgeometrie aufweist, bei der ein Verhältnis j der axialen Breite b des Verjüngungsabschnitts zu dem sich radial senkrecht über die Länge c erstreckenden Außenrandbereich in einem Bereich jmin bis jmax definiert ist als jmin=-0,0047xDstandard+6,5225, und jmax=0,0054xDstandard+8,8135, vorzugsweise jmax=8.
Durch die Beziehung von Einströmgeometrie und Laufraddurchmesser im genannten Bereich wird ein besonders vorteilhaftes Ergebnis bezüglich Effizienz des Lüfterrads mit einem statischen Wirkungsgrad η>58% (nach ISO 5801 ) und Akustik erzielt.
In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass zwischen dem Außenrandbereich und dem Verjüngungsabschnitt ein sich in axialer, radialer oder schräger Richtung erstreckender Versteifungssteg ausgebildet ist, der sich in einer günstigen Ausführungsvariante axial waagerecht in Strömungsrichtung oder radial senkrecht erstreckt. Eine derartige„Versteifungssicke" versteift das Gehäuse im Einströmbereich und stabilisiert die gesamte Baueinheit aus Ventilator und Wandringplatte. Bekanntermaßen sind dimensionlos starke Laufräder, bei denen die Lage des statischen Wirkungsgradoptimums bei großen, im Wesentlichen von der Schaufelanzahl und der Winkelanstellung beeinflussten Werten der Durchflusszahl φ und der Druckzahl ψ liegt, akustisch besser als dimensionlos schwache Laufräder. Erfindungsgemäß ist für eine besonders positive Akustik optimal, wenn die Lage des statischen Wirkungsgradoptimums bei einem Wert der Druckzahl ψ (nach Norm ISO 5801 ) in einem Bereich liegt, der definiert ist als
ψ < -0,0003 x Dstandard + 0,425, vorzugsweise φ < -0,0003 X Dstandard + 0,425
Weiter verbessert werden können die Effizienz und Akustik des Axialventilators durch Ausbildung von Winglets an jeder der Schaufeln des Laufrads, insbesondere durch eine einstückige Ausbildung an den radialen Außenbereichen der Schaufeln. Um unterschiedliche Motoren mit unterschiedlichen Motordurchmessern an das Laufrad anbinden zu können, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb der Nabe des Laufrads ein austauschbarer, in der Größe zu dem jeweiligen Motor passender Motor-Wechseleinsatz anordenbar ist. Das erhöht die Variabilität des Aufbaus und reduziert die Kosten für unterschiedli- che Modelle.
Der erfindungsgemäße Axialventilator beschränkt sich nicht auf die Anpassung des Gehäuses im Bereich des Laufrads. Vielmehr wird vorgesehen, dass im Ausströmbereich an dem Gehäuse einstückig ein Diffusor angeordnet ist, um den Druckrückgewinn zu gewährleisten. Der Übergang des Ge- häuses von dem Wandringbereich zu dem Diffusor ist in einer bevorzugten Ausführung abgerundet. Vorteilhaft ist ferner, wenn für vergleichsweise hohe Gegendrücke bei dem erfindungsgemäßen Axialventilator im Ausströmbereich an dem Gehäuse ein Nachleitrad eingesetzt ist, das günstigerweise optional nachrüstbar ist.
Als Berührschutz ist in einer Ausführung der Erfindung ferner vorgesehen, im Ausströmbereich an dem Gehäuse ein Schutzgitter einzusetzen. Das Schutzgitter kann dabei als Einsatz in den Diffusor ausgebildet sein und in Form und Größe passende Maschen oder Ringe aufweisen.
Ferner ist eine Ausführung mit einteiligem Laufrad günstig. Als Schaufelausbildung wird erfindungsgemäß in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass diese profiliert oder gesichelt sind. Als günstige Fertigungsverfahren wird erfindungsgemäß ein Laufrad aus Kunststoff-Spritzguss oder Alumini- um-Druckguss vorgeschlagen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be- Schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht auf einen Axialventilator mit Wandringplatte;
Fig. 2 eine dreidimensionale, teilweise geschnittene Ansicht einer
Hälfte des Axialventilators aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine alternative Ausführung des Axialventilators aus Fig. 2; und
Fig. 4 ein Diagramm zur erfindungsgemäß erreichten Druckzahl.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten. Die vorstehend und in den Patentansprüchen als D-t , DA, DL, DWR, Dstandard bezeichneten Außenabmessungen bzw. Durchmesser sind in den Figuren und im Folgenden jeweils mit Unterstrich, d.h. als D_1 , D_A, D_L; D_WR, D_standard gekennzeichnet. In Figur 1 ist ein Niederdruck-Axialventilator 1 mit einstückig daran ausgebildeter rechteckiger Wandringplatte 9 mit den Seitenkantenlängen D_2 und D_1 (D1 <D2) in einer Vorderansicht dargestellt, wobei die Draufsicht einen Blick in Strömungsrichtung bietet und das mit fünf sich von der Nabe 6 radial auswärts erstreckenden Laufradschaufeln 2 ausgebildete Laufrad 20 im Zentrum des Axialventilators 1 zu erkennen ist. Die Wandringplatte 9 weist Standardabmessungen auf und bildet mit dem Axialventilator 1 eine Baueinheit, die einen unmittelbaren Austausch mit bestehenden Systemen, beispielsweise in Verflüssigern, Wärmetauschern, Kälteanlagen und dergleichen, ermöglicht. Figur 2 zeigt eine Hälfte des Axialventilators aus Fig. 1 in einer dreidimensionalen, teilweise geschnittenen Ansicht. Es versteht sich, dass die der axialen Mittellinie gegenüberliegende Hälfte gespiegelt identisch ausgebildet ist. Der Axialventilator 1 umfasst einen als Außenläufer ausgebildeten Motor 8, der innerhalb der Nabe 6 angeordnet und über einen zu der Dimension des Mo- tors 8 passenden Motor-Wechseleinsatz 7 an das Laufrad 20 angebunden ist. Der Motor-Wechseleinsatz 7 kann lösbar an der Nabe 6 befestigt sein. Der Motor 8 treibt über den Motor-Wechseleinsatz 7 die Nabe 6 und somit das Laufrad 20 an.
Das Gehäuse 10 des Axialventilators 1 weist in Strömungsrichtung von links nach rechts gesehen einen Einströmbereich 1 1 mit maximaler
Gehäuseaußenabmessung D_1 , einen im Querschnitt teilelliptisch gebogenen Verjüngungsabschnitt 4, einen sich axial waagerecht erstreckenden Mittelabschnitt 14 und einen mit einem Diffusor 3 ausgebildeten Ausströmbereich 12 auf. Der Öffnungswinkel„alpha" des Diffusors 3 liegt bei etwa 2 Grad. Die axiale Gesamtlänge des Axialventilators 1 ist mit h gekennzeichnet. Das Laufrad 20 ist in dem Axialventilator 1 im Wesentlichen auf Höhe des Mittelabschnitts 14 angeordnet, wobei eine senkrechte Ebene an der Grenze zwischen dem Mittelabschnitt 14 und dem Diffusor 3 das Laufrad 20 in radialer Richtung schneidet. Jede Schaufel 2 des Laufrads 20 weist an ihrem radialen Endabschnitt ein sich entlang der axialen Außenkante erstreckendes Winglet 21 auf.
Das Laufrad 20 weist ferner einen gegenüber einem basierend auf der DIN 323 bzw. ISO 3 standardisierten Laufraddurchmesser D_standard vergrößerten Laufraddurchmesser D_L auf, so dass das Verhältnis von
D_1/D_L kleiner ist als das Verhältnis von D_1/D_standard. Durch die
Durchmesservergrößerung des Laufrads 20 gegenüber dem standardisierten Laufraddurchmesser D_standard erhöht sich die Austrittsfläche des Axialven- tilators 1 , wodurch seine dynamischen Austrittsverluste reduziert und die Effizienz gesteigert werden. In der gezeigten Ausführung ist der Laufraddurchmesser D_L ca. 10% größer als der standardisierte Laufraddurchmesser D_standard.
Im Einströmbereich 11 ist einströmseitig ein sich von dem
Gehäuseaußendurchmesser D_1 bis zu dem Einströmdurchmesser D_A radial senkrecht über eine Länge c/2 erstreckender Außenrandbereich 5 ausgebildet, an den sich in axialer Strömungsrichtung gesehen der Verjüngungsabschnitt 4 anschließt. Die radiale Länge c des Außenrandbereichs 5 ergibt sich aus der Differenz der Gehäuseaußenabmessung D_1 und dem festlegbaren Einströmdurchmesser D_A. Die axiale Breite b und radiale Länge a des Verjüngungsabschnitts 4 bilden ein Verhältnis von a/b, das in der gezeigten Ausführung in etwa dem Wert 0,5 entspricht. Gemessen werden die Längen a und b unter Berücksichtigung der Wandstärke des Gehäuses 10. Die Länge b endet an dem Punkt, bei dem das Gehäuse 10 in den voll- ständig waagerechten Mittelabschnitt 14 übergeht, d.h. keine Bogenform des Verjüngungsabschnitts 4 mehr feststellbar ist. Die Länge a endet an dem Punkt, bei dem das Gehäuse 10 in den vollständig senkrechten Außenrand- bereich 5 übergeht, d.h. keine Bogenform des Verjüngungsabschnitts 4 mehr feststellbar ist. Das axiale Ende des Verjüngungsabschnitts 4 in Strömungsrichtung bildet eine senkrechte Ebene, welche bei der gezeigten Ausführung im Wesentlichen mit der Vorderkante der Nabe 6 zusammenfällt.
Figur 3 zeigt eine zur Ausführung gemäß Figur 2 alternative Ausführungsform, bei der alle Merkmale identisch sind, jedoch an dem Gehäuse 10 des Axialventilators 1 im Einströmbereich 1 1 zusätzlich zwischen, d.h. im Übergang von dem Außenrandbereich 5 zu dem Verjüngungsabschnitt 4 ein sich in axialer Richtung waagerecht erstreckender Versteifungssteg 3 zur Versteifung des Einströmbereichs 1 1 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung lässt sich das Maß a des Verjüngungsabschnitts 4 noch einfacher bestimmen, da es sich bis zur axialen Innenseite des axial waagerechten Versteifungsstegs 13 erstreckt.
Figur 4 zeigt die Reduzierung der Druckzahl ψ des erfindungsgemäßen Axialventilators 1 gegenüber solchen des Stands der Technik bezogen auf den standardisierten Laufraddurchmesser D_standard. Das statische Wirkungs- gradoptimum des erfindungsgemäßen Axialventilators 1 liegt überraschenderweise bei einem Druckzahlwert i J<-0,0003xD_standard+0,425, d.h. auf oder unterhalb der im Diagramm eingezeichneten Grenzkurve, wohingegen die Laufräder gemäß dem Stand der Technik mit und ohne Nachleitrad stets oberhalb der Grenzkurve liegen. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispiels- weise ist die Anzahl der Schaufeln des Laufrads nicht auf fünf beschränkt, sondern kann im Bereich von 3 bis 13, insbesondere 4 bis 7 liegen. Ferner können ein in den Figuren nicht dargestelltes Nachleitrad zur Strömungsoptimierung sowie ein Schutzgitter als Berührschutz eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche . Axialventilator zum Einsatz mit einer Wandringplatte (9), mit einem Motor (8), einem Gehäuse (10) mit Einströmbereich (1 1) und
Ausströmbereich (12) und einem von dem Motor (8) antreibbaren Laufrad (20), wobei das Gehäuse (10) einströmseitig eine
Gehäuseaußenabmessung (Di) und das Laufrad (20) einen gegenüber einem basierend auf einer DIN- oder ISO-Norm standardisierten Laufraddurchmesser (Dstandard) vergrößerten Laufraddurchmesser (DL) aufweist, so dass ein Verhältnis von D-|/DL kleiner ist als ein Verhältnis von Di/Dstandard, wobei der Einströmbereich (11) einströmseitig einen sich von einem Einströmdurchmesser (DA) auf einen Wandringdurchmesser (DWR) im Querschnitt gesehen bogenförmig verkleinernden Verjüngungsabschnitt (4) aufweist, dessen axiale Breite (b) und radiale Länge (a) ein Verhältnis von (a)/(b) in einem Bereich von 0,3 bis 0,7, insbesondere von 0,4 bis 0,6 bilden.
2. Axialventilator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wandringplatte (9) standardisierte Außenabmessungen aufweist und rund oder rechteckig ausgebildet ist, wobei bei einer rechteckigen Ausbildung ihre kürzere Seitenkante und bei einer runden Ausbildung ihr Gesamtdurchmesser der Gehäuseaußenabmessung (D-i) entsprechen.
3. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand ringplatte (9) einstückig an dem Gehäuse ( 0) ausgebildet ist.
4. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich ( 1) des Gehäuses (10) einströmseitig einen sich von der Gehäuseaußenabmessung (D-i) bis zu einem Einströmdurchmesser (DA) radial senkrecht über eine Länge (c) erstreckenden Außenrandbereich (5) aufweist, an den sich in axialer Richtung in Strömungsrichtung gesehen der Verjüngungsabschnitt (4) anschließt.
5. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der radial senkrecht über die Länge (c) erstreckenden Außenrandbereich (5) aus der Differenz aus Gehäuseaußenabmessung (D-ι) und Einströmdurchmesser (DA) bestimmt.
6. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenrandbereich (5) und dem Verjüngungsabschnitt (4) ein Versteifungssteg (13) ausgebildet ist.
7. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufraddurchmesser (DL) gegenüber dem standardisierten Laufraddurchmesser (Dstandard) um den Faktor g bei konstantem Gehäuseaußendurchmesser (Di) vergrößert ist, wobei der Faktor g in einem Bereich gmjn bis gmax definiert ist, wobei gmin = -0,00008 x Dstandard + 1 ,1 und
gmax = "0,00022 X Dstandard + 1 ,34.
8. Axialventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor g in dem Bereich gmin bis gmax definiert ist, wobei gmin = -0,00008 x Dstandard + 1 ,1 und gmax = -0,00022 x Dstandard + 1 ,088.
9. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) eine
Einströmgeometrie aufweist, bei der ein Verhältnis j der axialen Breite (b) zu dem sich radial senkrecht über die Länge (c) erstreckenden Außenrandbereich (5) in einem Bereich jmin bis jmax definiert ist, wobei jmin = -0,0047 x Dstandard + 6,5225, und
Jmax = 0,0054 X Dstandard + 8,8135.
10. Axialventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis j in dem Bereich jmin bis jmax definiert ist, wobei jmin = -0,0047 x Dstandard + 6,5225, und jmax = 8.
11. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (20) eine Vielzahl von Schaufeln (2) aufweist an deren radialen Außenbereichen jeweils einstückig ein Winglet (21) ausgebildet ist.
12. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage eines statischen Wirkungsgradoptimums bei einem Druckzahlwert ψ definiert ist,
wobei ψ < -0,0003 x Dstandard + 0,425
13. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (8) als Außenläufermotor ausgebildet ist und das Laufrad (20) eine Nabe (6) aufweist, innerhalb welcher der Motor (7) aufgenommen ist.
14. Axialventilator nach zumindest dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Nabe (6) ein Motor-Wechseleinsatz angeordnet ist, an den unterschiedliche Motoren mit unterschiedlichen Motordurchmessern anbindbar sind.
15. Axialventilator nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausströmbereich (12) an dem Gehäuse (10) einstückig ein Diffusor (3) angeordnet ist und ein Übergang des Gehäuses (10) von dem Wandringbereich (1) zu dem Diffusor (3) abgerundet ist.
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