DE2648850A1

DE2648850A1 - Axialluefter

Info

Publication number: DE2648850A1
Application number: DE19762648850
Authority: DE
Inventors: Juichi Honda; Yoshimi Inoue; Akira Suzuki; Tatsumi Tamaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1977-05-18
Also published as: CH601673A5; FR2329877A1; US4152094A; DE2648850C3; DE2648850B2; SE428961B; SE7612054L; FR2329877B1; GB1521453A

Description

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter oder ein Axialgebläse mit einem Gehäuse. Bei üblichen derartigen Lüftern wird durch einen saugseitigen Raum des Lüfters angesaugte Luft mittels sich drehender oder umlaufender Dreh-Flügel erregt bzw. gefördert und dann vom abströmseitigen Raum als Wirbelströmung abgegeben. Bei der Abgabe einer Wirbelströmung wird bekanntlich der Druck im abströmseitigen Raum insbesondere in solchen Bereichen erhöht, die sich nahe den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel befinden, was nachteilig eine dreidimensionale oder Raum-Gegenströmung oder eine spiralförmige Luftströmung aus dem abströmseitigen Raum zum saugseitigen Raum durch einen kleinen oder engen Spalt zwi-

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schen der Innenfläche des Gehäuses und den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel verursacht. Polglich wird die Luft-Förder- oder -Strömungsmenge stark herabgesetzt bei erhöhtem Geräuschpegel.

Üblicherweise wird diese nachteilige Gegenströmung dadurch vermieden, daß der geringste zulässige Spalt zwischen der Innenfläche des Gehäuses und den Außenenden der Dreh-Flügel vorgesehen wird. Dieser Lösungsweg erfordert jedoch eine unpraktisch hohe Abmessungsgenau!gkeit bei der Herstellung und beim Zusammenbau, wodurch ein derartiger Axiallüfter ziemlich kostspielig ist. So beschreibt die JA-PS 4 593/!97O einen Axiallüfter mit einem Ring, dessen axiale Länge größer als die der Dreh-Flügel ist und der an den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel befestigt ist zur Drehung mit diesem im Gehäuse. Die jA-GbmS 58055/1975 schlägt einen Axiallüfter vor, bei dem der kleinstmögliche Spalt zwischen einem von einem Kreisring oder Abschirmring getragenen Trichter, der an den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel befestigt ist, und der Innenfläche des Gehäuses vorgesehen ist. Diese Anordnungen sind aber ebenso wenig verwertbar, da sie erhöhte Abmessungs-Genauigkeit erfordern, was deshalb erhöhte Kosten zur Folge hat. Die JA-PS 20^91/1973 beschreibt einen anderen Lösungsweg, bei dem ein Dreh-Flügel eine Innenbohrung aufweist, die sich an den inneren und äußeren radialen Enden des Dreh-Flügels öffnen. Eine radiale Luftströmung wird durch einen Zentrifugalflügel erzeugt, der am Wurzel- oder Nabenteil der Dreh-Flügel angeordnet ist, damit diese Luftströmung durch die Innenbohrung so strömt, daß die von den radialen Enden der Dreh-Flügel abgegebene Luft den Druck am Spalt zwischen

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den Dreh-Flügeln und dem Gehäuse erhöht., um dadurch die Gegenströmung zu verhindern. Dieser Lösungsweg erfordert jedoch einen komplizierten Aufbau der Dreh-Flügel und ist daher unpraktisch. Die JA-OS 63508/I975 schlägt eine weitere Anordnung vor, bei der ein konvexer Diffusor symmetrisch gegenüber der Achse der Dreh-Flügel im Gehäuse, die Dreh-Flügel umgebend, angeordnet ist. Eine ringförmige Wirbelluftströmung wird durch die Dreh-Flügel innerhalb des Diffusors erzeugt, der auf geeignete Weise die Turbulenz an den radialen Enden der Dreh-Flügel herabsetzt, was einen herabgesetzten Geräuschpegel verspricht. Auch diese Art eines Äxiallüfters ist unbefriedigend, da ein unpraktisch, komplizierter Aufbau einschließlich eines Diffusors, der die Dreh-Flügel teilweise aufnimmt, erforderlich ist.

Obwohl also das Problem durch die Gegenströmung im Spalt zwischen dem Gehäuse und den Flügelenden seit langem erkannt ist, konnte bisher noch kein praktisch verwertbarer Lösungsweg angegeben werden, weshalb das Problem als ungelöst zu betrachten ist.

Darüber hinaus gibt die JA-PS 43606/1974 einen Axiallüfter an, der eine StrÖmungsrichtungs-Umkehreinrichtung aufweist, die aus einer Ablenkplatte besteht, die auf der Saugseite der Dreh-Flügel bzw. des Flügelrads vorgesehen ist. Die Ablenkplatte ist bewegbar ausgebildet, um eine radiale Saugöffnung so vorzusehen, daß der Lüfter in einen Zentrifugallüfter zur Entfernung von Luftmassen in die entgegengesetzte Richtung umwandelbar ist, d.h. von der Abströmseite zur Saugseite des Axiallüfters, wenn die Ablenkplatte sehr nahe an die Dreh-Flügel angenähert wird. Bei dieser Art von Axiallüfter ist die Lüfter- bzw. Ge-

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blaseanordnung in Achsrichtung zu groß, wobei außerdem auch die Gegenströmung auftritt, wegen der axial außerhalb der Dreh-Flügel angeordneten Ablenkplatte. Eine geänderte Ausführung dieser Lüfterart, bei dem ein Gehäuse die Dreh-Flügel vollständig aufnimmt und bei der eine Ablenkplatte sehr nahe den Dreh-Flügeln angeordnet ist, ist ebenso wenig verwendbar, da die Ausgangs-Strömungsmenge bzw. das Ausgangs-Strömungsverhältnis unvermeidbar herabgesetzt ist, was lediglich durch eine größere axiale Länge kompensiert werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung,sowohl das Luftströmungsverhalten eines Axiallüfters zu verbessern als auch den Geräuschpegel zu verringern,unter Vermeiden der nachteiligen Gegenströmung, und zwar mittels Richten der Umfangskomponente der Luftströmung von den Dreh-Flügeln. Insbesondere soll auch die axiale Länge von Axiallüftern mit einer Ablenkplatte nahe der Saugseite der Dreh-Flügel verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Axiallüfter vorgesehen, der Leitschaufeln im Raum aufweist, der durch die radial äußeren Enden der Dreh-Flügel und die Innenfläche des Gehäuses definiert ist. Die Leitschaufeln sind so angeordnet, daß sie den Verwindungs- oder Anstellwinkeln der Dreh-Flügel entgegengesetzte Anstellwinkel besitzen.

Die Erfindung gibt also einen Axiallüfter mit einem Gehäuse an. Unzulässig hoher Geräuschpegel und geringer Abströmdruck, die Axiallüftern eigen sind,' und wesentlich durch eine Gegenströmung des Fluids verursacht, die durch den Spalt zwischen den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel und dem Gehäuse erfolgt. Die Er-

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findung vermeidet die Gegenströmung dadurch, daß Leitschaufeln im Spalt vorgesehen werden, die symmetrisch zu den Dreh-Flügeln geneigt sind, wodurch eine erhöhte Ausgangs-Strömungsmenge und ein erhöhter Abström-Druck sowie ein verringerter Geräuschpegel erreicht ist. Die Erfindung ist auch auf Axiallüfter anwendbar, die eine Ablenkplatte auf der Saugseite der Dreh-Flügel nahe diesen aufweist

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt den wesentlichen Teil eines herkömmlichen Axiallüfters,

Fig. 2 im Schnitt in Umfangsrichtung den Axiallüfter gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Luftströmungs-Richtung um die Dreh-Flügel,

Fig. 3 im Längsschnitt den wesentlichen Teil eines erfindungsgemäßen Axiallüfters,

Fig. 4 in Vorderansicht den Axiallüfter gemäß Fig. 3,

Fig. 5 perspektivisch im Teilschnitt den Axiallüfter gemäß Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt längs des Umfangs des Axiallüfters gemäß Fig. 3 zur Erläuterung der Luftströmung um die Dreh-Flügel,

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der dynamischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Axiallüfters,

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Fig. 8 in Abwicklung eine Leitschaufel des erfindungsgemäßen Axiallüfters,

Fig. 9 im Längsschnitt eine Teilansicht eines wesentlichen Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.10 im Längsschnitt eine Teilansicht eines wesentlichen Teils eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.11 in Vorderansicht den Axiallüfter gemäß Fig.10,

Fig.12 perspektivisch im Teilschnitt den Axiallüfter gemäß Fig. 10,

Fig.13 im Längsschnitt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.l^f ein Geschwindigkeitsvektor-Diagramm bei relativ großem Abstand zwischen den Dreh-Flügeln und der Ablenkplatte,

Fig.15 ein Geschwindigkeitsvektor-Diagramm bei relativ !deinem Abstand zwischen den Dreh-Flügeln und der Ablenkplatte,

Fig.l6 im Längsschnitt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.17 im Längsschnitt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Lüfters für Versuchszwecke,

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Fig. l8 eine Darstellung dynamischer Eigenschaften des Versuchs-Axiallüfters gemäß Fig. 17,

Fig. 19 bis 25 im Längsschnitt weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Axiallüfters.

In Fig. 1 ist ein üblicher herkömmlicher Axiallüfter dargestellt, der ein zylindrisches Gehäuse 3 besitzt, das einen Motor 1 und drehbare Flügel oder Dreh-Flügel 2 bzw. ein Flügelrad aufweist, die bzw. das an der Welle des Motors 1 befestigt ist. Ein Raum auf der Saugseite 4 und ein Raum auf der Abströmseite 5 sind links bzw. rechts der Dreh-Flügel 2 definiert. Dabei ist die Anordnung so, daß die vom saugseitigen Raum angesaugte Luft durch die Dreh-Flügel 2 erregt oder gefördert wird und durch den abströmseitigen Raum in Form einer Wirbelströmung abgegeben wird.

Bei zunehmender abströmseitiger Luft erfolgt eine örtliche Druckerhöhung im abströmseitigen Raum insbesondere im Bereich 6 um die radial äußeren Enden 2a der Dreh-Flügel 2, was eine dreidimensionale oder räumliche Gegenströmung oder eine Spiralströmung durch einen Raum oder Spalt 7 hervorruft, der zwischen den FlUgelenden 2a und der Innenfläche des Gehäuses 3 gebildet ist, die von dem abströmseitigen Raum in den saugseitigen Raum geführt ist, wie sich das aus Fig. 1 ergibt. Gemäß Fig. 2 drehen sich die Dreh-Flügel 2 in Richtung des Pfeils 8, wodurch der Durchtritt einer bestimmten Luftmenge von der Saugseite 4 zur Abströmseite 5 möglich ist, wie dies durch eine Vollinie dargestellt ist, während die erläuterte Gegenströmung im Spalt 7 durch eine Strichlinie dargestellt ist. Daraus ergibt sich, daß diese Gegenströmung

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die Ausgangsströmung des Axiallüfters verringert und den Geräuschpegel nachteilig erhöht.

In den Fig. 5 bis 6 ist ein Axiallüfter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein Gehäuse 9 einen größeren Innendurchmesser besitzt als das herkömmlicher Axiallüfter, um einen ausreichend großen Abstand oder Raum zwischen den Flügelenden 2a und der Innenfläche des Gehäuses 9 vorzusehen. Mehrere Leitschaufeln 10 sind in Reihe in Umfangsrichtung in dem Raum oder Spalt angeordnet. Die Leitschaufeln 10 sind spiralförmig verwunden oder angestellt, symmetrisch zu den Dreh-Flügeln 2,gegenüber der Achse der Dreh-Flügel 2. Dabei bezeichnet der Anstellwinkel der Dreh-Flügel 2 den Winkel zwischen den Dreh-Flügeln 2 und einer Ebene senkrecht zur Achse der Dreh-Flügel 2 bzw. des Flügelrads. Auf diese Weise sind die Leitschaufeln 10 so angeordnet, daß sie einen Anstellwinkel und eine Form besitzen, die symmetrisch zu denen der Dreh-Flügel 2 sind in Bezug auf die Achse der Dreh-Flügel 2, um so die dreidimensionale oder räumliche Wirbelströmung durch Zentrifugal-,Rotations- und Axialkräfte zu führen, die durch die Drehung der Dreh-Flügel 2 hervorgerufen sind (vgl. Fig. 6). Wie in Fig. 6 dargestellt, ist ein Ende lOb einer Leitschaufel 10 an der Saugseite 4 um einen kleinen Abstand A in Umfangsrichtung vom anderen Ende 10a der benachbarten Leitschaufel 10 an der Abströmseite 5 beabstandet. Dies ist der wesentliche Unterschied zwischen herkömmlichen Axiallüftern und dem Axiallüfter 'gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Da die Leitschaufeln 10 zum Einführen einer Umfangskomponente der Luftströmung in Richtung auf die Abströmseite 5 angeordnet sind, wird die Wirbelströmung der Luft

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um die Flügelenden 2a sanft oder allmählich längs den Leitscheufeln 10 zur Abströmseite 5 geführt, wie das in Pig. 6 durch eine Vollinie dargestellt ist. Daraus ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Axiallüfter nicht mehr nachteiligen örtlichen Druckanstiegen um die Flügelenden 2a unterliegt, was bei herkömmlichen Axiallüftern unvermeidbar auftritt, so daß keine Gegenströmung und Wirbelströmung auftritt, wodurch sowohl eine erhöhte Ausgangsströmungsmenge und ein erhöhter Abströmdruck als auch eine erhebliche Verringerung des Geräuschpegels zu erwarten sind.

Diese außerordentlichen Wirkungen ergeben sich deutlich aus Fig. 7, die das Ergebnis eines Versuchs zeigt, der zum Vergleich eines herkömmlichen Axiallüfters mit dem erfindungsgemäßen Axiallüfter durchgeführt worden ist. Der Versuch wurde mit einem erfindungsgemäßen Axiallüfter durchgeführt, der sechs Leitschaufeln mit jeweils 50 mm Axiallänge und 10 mm Radialhöhe aufwies. Die Leitschaufeln waren linear in Umfangsrichtung längs des Innenumfangs des Gehäuses angeordnet und unter 60° gegenüber der Linie bzw. Achsrichtung der Dreh-Flügel geneigt, wie das in Fig. 8 dargestellt ist. Das Gehäuse besaß einen Innendurchmesser von l80 mm. Der Axiallüfter besaß ein Flügelrad mit 15O mm Außendurchmesser und 45 mm Axialhöhe. Der im Versuch verwendete herkömmliche Axiallüfter besaß die gleiche Größe und den gleichen Aufbau einschließlich der Dreh-Flügel bzw. des Flügelrads wie der Axiallüfter gemäß der Erfindung, wobei jedoch der Innendurchmesser des Gehäuses I60 mm betrug und keine Leitschaufeln vorgesehen waren. Die beiden Axiallüfter wurden mit 2000 U/min betrieben, wobei sie jeweils Kennlinien gemäß Fig. 7 zeigten, wobei die Vollinie die

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Kennlinie des erfindungsgemäßen Axiallüfters und die Strichlinie die Kennlinie des herkömmlichen Axiallüfters zeigen. Daraus ergibt sich, daß die Ausgangs-Strömungsmenge und der Abströmdruck,die sich bei dem erfindungsgemäßen Axiallüfter ergeben, diejenige bzw. denjenigen beim herkömmlichen Axiallüfter um etwa 50 °fo übersteigen. Gleichzeitig wurde festgestellt, daß der Geräuschpegel bei dem erfindungsgemäßen Axiallüfter gegenüber dem herkömmlichen Axiallüfter um 4 dB herabgesetzt war.

Aus dem Versuch ergab sich auch die optimale Anordnung und der optimale Aufbau der Leitschaufeln 10 wie im folgenden näher erläutert wird.

Durch den Versuch wurde nämlich nachgewiesen, daß die beste Wirkung erreicht wurde, wenn die Leitschaufeln 10 eine Radialhöhe besaßen, die 5 - 15 % des Außendurchmessers beträgt, sowie eine Axiallänge, die größer als die der Dreh-Flügel ist. Da die Leitschaufeln 10 dazu dienen, die Wirbelströmung der Luft von den Dreh-Flügeln zur Abströmseite 5 zu richten, ist es empfehlenswert, daß die Leitschaufeln 10 bezüglich der Achse der Dreh-Flügel 2 symmetrisch zu diesen geneigt sind, so daß die Leitschaufeln 10 und die Dreh-Flügel 2 einander in einer Ebene unter einem Winkel von vorzugsweise etwa schneiden. Jedoch ist nicht der Winkel zwischen den Leitschaufeln 10 und den Dreh-Flügeln 2 sondern der Winkel der Leitschaufeln 10 bezüglich der Richtung der Wirbelströmung ausschlaggebend, um ein gutes Ergebnis zu erhalten. Wenn auch beim Versuch flache Leitschaufeln 10 verwendet worden sind, besitzen die Leitschaufeln 10 vorzugsweise eine konvexe Oberfläche gegenüber der Saugseite k der

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Dreh-Flügel, wie das in Fig. 6 dargestellt ist, so daß die Wirbelströmung sanfter oder allmählicher geführt werden kann.

Um eine Gegenströmung zu vermeiden, überlappen sich das eine abströmseitige Ende 10a einer Leitschaufel mit dem gegenüberliegenden saugseitigen Ende 10b der benachbarten Leitschaufel bei Betrachtung in Achsrichtung des Axiallüfters. Dies ist jedoch nicht kritisch, weshalb ein schmaler Spalt mit dem Abstand A (vgl. Fig. 4, 6) zwischen den Enden 10a und 10b zulässig ist.

Selbstverständlich kann der Abstand A des Spalts durch Leitschaufeln mit größerer Axiallänge verringert werden, während die Anzahl der Leitschaufeln bei gegebenem Abstand A des Spalts durch Leitschaufeln größerer Axiallänge verringert werden kann.

Fig. 5 zeigt Leitschaufeln 10, die an der inneren Umfangswand des Gehäuses 9 an einer einstückigen Befestigungsztinge 10c mittels Punktschweißen o.dgl. befestigt sind. Bei dieser Anordnung muß der Spalt zwischen, den Leitschaufeln 10 und dem Gehäuse 9 so klein wie möglich gemacht werden.

Wenn auch die Leitschaufeln 10 in Axialrichtung des Gehäuses sich über die gesamte Axialerstreckung oder Erstreckung in Achsrichtung der Dreh-Flügel erstrecken, ist das nicht ausschließend aufzufassen und die nahezu gleiche Wirkungsweise wie bei der Anordnung gemäß Fig. 6 kann erreicht werden durch eine Anordnung der Leitschaufeln 10, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung sind die saugseitigen Enden 10b der Leitschaufeln vorzugsweise auf der Seite der Mittellinie der Dreh-Flügel 2

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nahe der Saugseite 4 angeordnet. Es ist auch vorzuziehen, daß die Leitschaufeln 10 eine Erstreckung in Achsrichtung besitzen, die größer als die der Dreh-Flügel 2 ist. Ausgehend von der erfindungsgemäßen Lehre ist es selbstverständlich bedeutungslos, die Leitschaufeln 10 nahe der Saugseite 4 anzuordnen, da derartige Leitschaufeln 10 die Wirbelströmung, die von den Dreh-Flügeln zur Abströmseite 5 abgegeben wird, nicht beeinflussen können.

Es ist auch möglich und auch wirkungsvoll, die Leitschaufeln 10 abstromseitig der Dreh-Flügel ohne Überlappung anzuordnen, wenn eine fluid-dynamische Interferenz oder gegenseitige Beeinflussung zwischen den Leitschaufeln 10 und den Dreh-Flügeln 2 vorhanden ist.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem an sich bekannte ortsfeste Flügel 11 an der Abströmseite 5 vorgesehen sind, die mit den Leitschaufeln 10 verbunden sind. Die Luftströmung wird allmählich längs den Leitschaufeln 10 und dann den Stator- oder ortsfesten Flügeln 11 geführt, so daß der Geräuschpegel erheblich verringert wird.

In Fig. IJ ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei der eine Ablenkplatte 12 an der Saugseite 4 der Dreh-Flügel 2 nahe diesen vorgesehen ist. Die Dreh-Flügel 2 sind in Axialrichtung teilweise von einem Gehäuse 13 umgeben. Eine Einlaßöffnung 14 oder Saugöffnung ist so gebildet, daß sie sich in radialer Richtung der Dreh-Flügel 2 zwischen der Ablenkplatte 12 und dem Gehäuse 13 öffnet. Die Leitschaufeln 10 sind in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ausge-

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bildet und angeordnet. Wenn keine Leitschaufeln 10 vorgesehen sind, nimmt die Ausgangsströmungsmenge mit dem Abstand B zwischen der Ablenkplatte 12 und den (saugseitigen) Axialendsn 2b der Dreh-Flügel 2 ab und eine
große Annäherung der Ablenkplatte 12 an die Flügelenden 2b verändert den Lüfter in einen Zentrifugallüfter zur Förderung von Luft von der Abströmseite 5 zur Saugseite 4. Gemäß der Erfindung kann jedoch der Abstand B ohne Behinderung der Luftströmung von der Saugseite 4 zur Abströmseite 5 so verringert werden, daß die Gesamtlänge C vom abströmseitigen Ende des Gehäuses 13 zur Ablenkplatte 12 einfach verringerbar ist wegen des Vorsehens der Leitschaufeln 10.

Dieses vorteilhafte Merkmal der Erfindung ergibt
sich aus dem anhand der Fig. I²I-A, 14b, 15A und 15B erläuterten Grund. Die Beschreibung erfolgt dabei im Vergleich mit einem solchen Lüfter oder Gebläse, der in
einen Zentrifugallüfter änderbar ist, wenn keine Leitschaufeln vorgesehen werden.

Die Luft, die sich um die Dreh-Flügel 2 herum befindet, wird in Tangentialrichtung der Dreh-Flügel zwangsbewegt infolge einer kombinierten oder Summenkraft aus Rotationskraft, Zentrifugalkraft und Schub- oder Axialkraft, wenn sich die Dreh-Flügel 2 zu drehen beginnen.

Bei ausreichend großem Abstand B wird zusätzliche Luft von der Saugseite 4 der Dreh-Flügel in deren Axialrichtung mit einer Einlaßgeschwindigkeit C, gemäß Fig. I²KA. eingeführt. Die eingeführte Luft wird dann durch die Dreh-Flügel 2 erregt und zur Abströmseite 5 zwangsbewegt unter Bildung einer Wirbelströmung mit einer Auslaßgeschwindigkeit C_p.

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Ein Auslaßwinkel CC ist zwischen der Richtung der Wirbelströmung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Dreh-Flügel gebildet. Wenn die Drehzahl der Dreh-Flügel klein bleibt, d.h. unmittelbar nach dem Betriebsbeginn, wird die Luft von der Saugseite 4 der Dreh-Flügel mit einer Einlaßgeschwindigkeit C^f^ eingeführt, die im wesentlichen der Drehzahl N entspricht^ und wird die Luft von den Dreh-Flügeln 2 mit einer Auslaßgeschwindigkeit C'ρ und unter einem Auslaßwinkelot abgeführt, gemäß Fig. I¹I-B. Wenn die Drehzahl N der Dreh-Flügel 2 größer wird, nimmt die Umfangsgeschwindigkeit U der Dreh-Flügel 2 auf U" zu. Diese Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit ruft jedoch keine wesentliche Änderung des Auslaßwinkels OL hervor, da der ausreichend große Abstand B es zuläßt, daß eine größere Luftmenge so vorbeigeführt wird, daß die Einlaßgeschwindigkeiten entsprechend auf C" erhöht werden.

Im Gegensatz dazu wirkt bei kleinem Abstand B die Ablenkplatte 12 als Widerstand gegen die Einlaßströmung der Luft, so daß die Luft von der Saugseite \ der Dreh-Flügel 2 nur mit kleiner Menge zugeführt wird, bei kleiner Einlaßgeschwindigkeit C₁ und kleinem Auslaßwinkel· oC, wie sich das aus Fig. 15A ergibt. Bei kleiner Drehzahl N der Dreh-Flügel 2 wird ein Auslaßwinkel OC' erhalten, der gut mit dem Auslaßwinkel 06 gemäß Fig. I²I-B bei großem Abstand B vergleichbar ist_;trotz kleiner Luftströmungsmenge_/wegen der entsprechend kleinen Umfangsgeschwindigkeit U der Dreh-Flügel 2, wie sich das aus Fig. 15B ergibt.

Wenn jedoch die Umfangsgeschwindigkeit U zunimmt, wegen einer Erhöhung der Drehzahl, nimmt der Auslaßwinkel auf 06" ab, da die Einlaßgeschwindigkeit C", nicht entsprechend zunimmt wegen des vorhandenen Widerstands

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durch die Ablenkplatte 12. Daher wird, wenn die Drehzahl zunimmt, die Auslaßluftströmung radial zu den Dreh-Flügeln 2 gerichtet, so daß verhindert wird, daß Luftströmung in den Lüfter in radialer Richtung der Dreh-Flügel 2 strömt. Selbstverständlich ruft eine weitere Erhöhung der Drehzahl N das Ansaugen von Luft von der Abströmseite 5 hervor, da der kleine Abstand B verhindert, daß Luft durch die Saugseite 4 zugeführt wird und folglich^daß Luft von der Saugseite 4 gefördert wird. Daher wirkt der Lüfter nun als Zentrifugallüfter, der Luft von der Abströmseite 5 zuführt und von der Saugseite 4 abgibt, wenn keine Leitschaufeln 10 vorgesehen sind.

Wie sich aus Fig. 13 ergibt, sind Leitschaufeln 10 im Raum zwischen dem Gehäuse 1J> und den radial äußeren Enden der Dreh-Flügel 2 angeordnet. Die Leitschaufeln erstrecken sich über den Dreh-Flügeln 2 in deren Axialrichtung. Dabei'ist festzustellen, daß die Leitschaufeln 10 so angeordnet sind, daß sie mit dem Auslaßwinkel od' der Luft zur Abströmseite 5 in Einklang stehen, wobei sich der Winkel 06' bei niedrigbleibender Drehzahl einstellt. Folglich wird bei niedriger Drehzahl die geförderte Luft durch die Leitschaufeln 10 ausreichend zur Abströmseite geführt. Der entstehende Unterdruck führt daher eine zusätzliche Menge Luft zu, die groß genug ist, um eine große Einlaßgeschwindigkeit C₁ und folglich einen großen Auslaßwinkel oL zu ergeben. Daher wird, wenn sich einmal der große Auslaßwinkel 06 eingestellt hat, die Luft kontinuierlich durch die Saugseite 4 zugeführt und durch die Abströmseite 5 abgeführt, selbst dann, wenn die Drehzahl N der Dreh-Flügel 2 erhöht wird. Wenn die Dreh-Flügel 2 sich mit der Nenndrehzahl drehen, wird ein Teil der Luft längs der Leitschaufeln 10 gefördert, wobei der Rest

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von den Dreh-Flügeln 2 zur Abströmseite 5 gefördert wird.

Daraus ergibt sich, daß die Leitschaufeln IO eine Zwangsströmung der Luft zur Abströmseite 5 bewirken,unter Erhöhen der Einlaßströmung durch die Saugseite 4, währenddessen die Drehzahl von O auf die Nenn- oder Normaldrehzahl erhöht wird. Folglich tritt keine Luftströmungs-Umkehr auf, was auftreten würde, wenn keine Leitschaufeln vorgesehen wären.

Die Anordnung, die Ausrichtung, der Neigungswinkel, die Höhe, die Anzahl sowie andere Kennwerte der Leitschaufeln 10 werden so gewählt bzw. bestimmt, daß sie den erläuterten Betrieb erreichen.

Dabei sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn ein Axiallüfter ohne Leitschaufeln 10 verwendet und angelassen wird, und dabei als Zentrifugallüfter umläuft, und daher Luft von der Abströmseite 5 zur Saugseite 4 des Axiallüfters fördert, der Lüfter auch dann weiterhin als Zentrifugallüfter wirkt, wenn Leitschaufeln dem noch umlaufenden Lüfter hinzugefügt werden. Es besteht nämlich keine Wirbelströmung um die Leitschaufeln, die die Abströmseite ansteuern, wenn der Lüfter einmal zu einem Zentrifugallüfter geworden ist.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die Leitschaufeln 10 aus dem Lüfter entfernt werden, wenn dieser als Axiallüfter umläuft, der Lüfter weiterhin als Axiallüfter wirken, da die große Einlaßgeschwindigkeit C, und der große Auslaßwinkel oc wirksam bleiben, wenn sie sich einmal eingestellt haben, um zusätzliche Luft zuzuführen, um so die gewöhnliche Auslaßströmung aufrecht zu erhalten.

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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 überlappt die Saugseite der Leitschaufeln 10 die Abströmseite der Dreh-Flügel 2 in deren Axialrichtung um einen Abstand D. Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, kann auf diesen Überlappungs-Abstand D verzichtet werden, wenn die Luft zu den Leitschaufeln 10 während der Drehzahlerhöhung auf die Nenndrehzahl geführt wird. (Fig. 16).

Wenn auch das Drehverhalten mit Bezug auf ein Gebläse bzw. einen Lüfter ohne Leitschaufeln 10 erläutert wurde, der sich in einen Zentrifugallüfter umwandeln kann, so ist die Erfindung auch auf solche Lüfter anwendbar, die einen großen Abstand B besitzen, da die Leitschaufeln 10 stets das Führen und Fördern der Wirbelströmung bewirken können, die um die Dreh-Flügel 2 entsteht. Es wurde nachgewiesen, daß bei einem Gebläse bzw. Lüfter mit einer Ablenkplatte 12 Leitschaufeln 10, wie in Fig. β dargestellt, wirksam sind, wobei die Leitschaufeln sich über 70 bis 150 % der Erstreckung in Achsrichtung der Dreh-Flügel erstrecken und eine Radialhöhe von vorzugsweise zwischen 3 und 20 % des Außendurchmessers der Dreh-Flügel 2 besitzen.

Fig. l8 zeigt das Ergebnis eines Versuchs, der zum Nachweis des Betriebsverhaltens des Lüfters gemäß Fig. durchgeführt worden ist. Der verwendete Lüfter besitzt den in Fig. 17 dargestellten allgemeinen Aufbau. Im Versuch wurde die Ausgangsströmungsmenge der Luft,unter Verwendung der radialen Höhe E der Leitschaufeln 10 als Parameter, abhängig vom Abstand B zwischen den saugseitigen Enden 2b der Dreh-Flügel 2 und der Ablenkplatte gemessen. Für Vergleichszwecke wurde die Ausgangsströ-

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mungsmenge auch für ein Gebläse bzw. einen Lüfter gemessen, der bei äquivalenten Bedingungen keine Leitschaufeln 10 besaß, wobei das Ergebnis durch die Strichlinien in Fig.l8 dargestellt ist. Die Dreh-Flügel 2 mit einem Außendurchmesser von 150 mm wurden mit l400 U/min betrieben und zwar sowohl bei dem Lüfter mit als auch bei dem ohne Leitschaufeln 10. Der Innendurchmesser der Leitschaufeln wurde konstant auf 16O mm gehalten. Acht lineare Leitschaufeln mit jeweils einer Erstreckung in Achsrichtung von 50 mm und jeweils einer Neigung oder Anstellung unter Ψ5⁰ waren eingebaut. Die Radialhöhe E der Leitschaufel wurde in drei Stufen von 5 mm, 10 mm und 15 mm geändert. Der Abstand zwischen dem Gehäuse 13 und der Ablenkplatte 12 wurde konstant auf 50 mm gehalten. Bei dem im Versuch verwendeten Lüfter war ein Rippenrohrwärmetauscher im Raum zwischen dem Gehäuse 13 und der Ablenkplatte 12 befestigt. Die axiale Länge des Gehäuses 13, das die Leitschaufeln 10 umgab, betrug 50 mm. Auf diese Weise wurde der Abstand D zwischen den saugseitigen Enden 10b der Leitschaufeln 10 und den (saugseitigen) Enden 2b der Dreh-Flügel 2 abhängig von der Änderung des Abstands B verändert.

In Fig. 18 ist die Auslaßströmungsmenge zur Darstellung einer Umkehrströmung negativ dargestellt, d.h. bei einer Strömung, die von der Abströmseite 5 zur Saugseite k gerichtet ist. Wie sich aus Fig. l8 ergibt, kann bei dem erfindungsgemäßen Lüfter die gewöhnliche Strömungsrichtung aufrechterhalten werden auch bei kleinem Abstand B, wie das durch "Vollinie dargestellt ist, wenn die Leitschaufeln 10 eingebaut sind, während der Lüfter als Zentrifugallüfter über nahezu alle Bereiche des Abstands B wirkt, wenn keine Leitschaufeln 10 vorgesehen

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sind, wie das durch Strichlinie dargestellt ist. Gleichzeitig ist festzustellen, daß die Auslaßströmungsmenge für sich ändernden Abstand B stabil bleibt. Wie sich weiter aus Fig. 18 ergibt, kann ein kleinerer Abstand B durch.Verwendung von Leitschaufeln IO mit großer radialer Höhe E- erhalten werden. Es ist festzustellen, daß der Abstand B, bei dem sich die Strömungsrichtung ändert, nicht nur von den Kennwerten der Dreh-Flügel 2 und der Leitschaufeln 10 abhängt, sondern auch von dem durch den Wärmetauscher 15 vorgesehenen Widerstand.

Selbstverständlich sind auch weitere Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann das Gehäuse 13 ein gekrümmtes oder gebogenes saugseitiges Ende aufweisen, wie in Fig. 19 dargestellt ist,oder kann sich zur Abströmseite 5 verengen bzw. konvergieren_;wie das in Fig. 20 dargestellt ist. Außerdem kann auch die Fläche des Gehäuses 13 vernachlässigt oder beseitigt werden, die der Ablenkplatte 12 gegenüberliegt, wie das in Fig. 20 dargestellt ist. Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei der eine Saugöffnung 16 lediglich auf einer Seite des saugseitigen Raumes vorgesehen ist. Eine gekrümmte, gebogene oder konvexe Ablenkplatte 12 kann verwendet werden zum einfacheren Befestigen des Motors oder auch aus anderen z.B. ästhetischen Gründen (design), wie das in Fig. 22 dargestellt ist. Bei dem in Fig. 23 dargestellten Ausführungsbeispiel öffnet sich die Saugöffnung 17 in axialer Richtung zwischen dem Gehäuse 13 und den Dreh-Flügeln 2. Fig. 24 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine weitere Ablenkplatte 18 an der saugseitigen Endfläche der Leitschaufeln 10 gesichert ist, während in Fig. 25 ein

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Ausführungsbeispiel dargestellt ist, bei dem die Leitschaufeln 10 in den Raum zwischen dem Gehäuse 13 und der Ablenkplatte 12 ragen.

Wie sich aus den beschriebenen vorteilhaften Merkmalen ergibt., kann die Erfindung auf verschiedene Weise angewendet werden. Beispielsweise ist ein richtungsumkehrbarer Lüfter oder ein Gebläse dadurch erhältlich, daß die Umlenkplatte bewegbar angeordnet ist, wobei dieser Lüfter nicht nur eine Saugwirkung, sondern auch eine Zwangsabzugswirkung auf bequeme .Weise erreichen kann. Das ergibt sich aus dem VerSuchsergebnis gemäß Fig. l8, wonach der Lüfter als Zentrifugallüfter wirken kann, der Luft in umgekehrter Richtung mit einer Fördermenge von 1,5 nr/min fördert, wenn der Abstand B auf 5 mm verringert ist. Außerdem kann der Lüfter zum Ansaugen oder Abziehen verwendet werden, wenn die Dreh-Flügel entfernbar ausgeführt sind.

Weiter ist festzustellen, daß der erläuterte richtungsumkehrbare Lüfter vorteilhaft mit einem Wärmetauscher 15 kombinierbar ist, wie er in Fig. 15 dargestellt ist, um eine strömungsrichtungs'umkehrbare Klimatisiereinrichtung geringer Größe vorzusehen. Insbesondere kann,durch Einbauen des umkehrbaren Lüfters, der einen Wärmetauscher enthält, in einer Gebäudedecke, mit nach unten gerichteter Abströmseite heiße Luft nach unten gefördert werden durch Erhöhen des Abstands B und kalte Luft nach oben und zur Seite gefördert werden durch Verringern des Abstands B.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel besaß die Ablenkplatte 12 keine Perforation oder Lochung. Es können jedoch eine oder mehrere kleine Bohrungen vorgesehen werden, durch die eine begrenzte Luftmenge treten kann, wenn

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eine derartige Platte im wesentlichen weiterhin als Ab lenkplatte wirkt.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Iy Axiallüfter mit drehbaren Flügeln und einem Gehäuse, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Dreh-Flügel ist,

gekennzeichnet durch

mehrere an der Innenfläche des Gehäuses (9, 13) befestigte Leitschaufeln (10), deren Radialhöhe (e) kleiner als der zwischen dem Gehäuse (9, 13) und den Dreh-Flügeln (2) gebildete Spalt (7) ist und die in Gegenrichtung zur Anstellrichtung der Dreh-Flügel (2) angestellt sind.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (Q₃ 13) mindestens einen Teil der Dreh-Flügel (2) umgibt, und daß die Leitschaufeln (10) nebeneinanderliegend mit mindestens einem Teil der Dreh-Flügel (2) in deren Achsrichtung angeordnet sind.

3. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (10) in Achsrichtung zumindest zu 70 % über die Dreh-Flügel (2) erstrecken.

h. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9, 13) mindestens einen Teil der Dreh-Flügel (2) an der Abströmseite (5) überdeckt, und daß die Leitschaufeln (10) nebeneinanderliegend mit mindestens einem Teil der Dreh-Flügel (2) an der Abströmseite (4) angeordnet sind.

5. Axiallüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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das Ende des Gehäuses (9, 13) nahe der Abströmseite (5) über den Dreh-Flügeln (2) in die Abströmseite (5) hineinragt und daß die abströmseitigen Enden (10b) der Leitschaufeln (10) über die Dreh-Flügel (2) in die Abströmseite (5) vorspringen.

6. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Gehäuses (9, 13) nahe der Saugseite (k) sich über die axiale sich in Längsrichtung erstreckende Mitte der Dreh-Flügel (2) in die Saugseite (4) erstreckt, daß die Erstreckung in.Achsrichtung der Leitschaufeln (10) größer ist als die der Drehflügel (2), und daß die saugseitigen Enden (10a) der Leitschaufeln (10) über die axiale sich in Längsrichtung erstreckende Mitte der Dreh-Flügel (2) in die Saugseite (4) ragen.

7. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9, 13) die Erstreckung in Achsrichtung der Dreh-Flügel (2) überdeckt, und daß die Leitschaufeln (10) die Erstreckung in Achsrichtung der Dreh-Flügel (2) überdecken-

8. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialhöhe (E) der Leitschaufeln (10) mindestens 3 % des Außendurchmessers der Dreh-Flügel (2) beträgt.

9. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialhöhe (E) der Leitschaufeln (10) 5 % bis 15 % des Außendurchmessers der Dreh-Flügel (2) beträgt.

10. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (10) so an der Innenfläche des Gehäuses (9, 13) befestigt sind, daß die Leitschaufeln (10) rechtwinklig zu den Dreh-Flügeln '2) ausgerichtet sind.

11. Axiallüfter nach einem der Ansprüche l - 10, gekennzeichnet durch ortsfeste Flügel (Il) an der Abströmseite (5), die mit den Leitschaufeln (10) am jeweiligen abströmseitigen Ende (10a) verbunden sind.

12. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 - 11, gekennzeichnet durch eine Ablenkplatte (12) nahe dem saugseitigen Ende (2b) der Dreh-Flügel (2) zur Begrenzung der Luft-Einlaßströmung axial zu den Dreh-Flügeln (2), die zusammen mit dem Gehäuse (13) eine Luft-Einlaßöffnung (14) bildet, wobei die Radialhöhe (E) der Leitschaufeln (10) kleiner als der Außendurchmesser der Dreh-Flügel (2) ist.

13. Axiallüfter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (12) zur Unterdrückung der axialen Luft-Einlaßströmung ausgebildet ist.

14. Axiallüfter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßöffnung (l4) in Achsrichtung der Drehflügel (2) öffnet.

15* Axiallüfter nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Dreh-Flügel (2) in Achsrichtung über das Ende des Gehäuses (13) hinaus zur Einlaßöffnung (l4) ragt.

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Ιβ. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) mindestens einen Teil der Dreh-Flügel (2) überdeckt, und daß die Leitschaufeln (10) so angeordnet sind, daß sie mindestens einen Teil (Abstand D) der Erstreckung in Achsrichtung der Dreh-Flügel (2) überdecken.

17. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 12 - l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (12) in Achsrichtung der Dreh-Flügel (2) bewegbar befestigt ist.

18. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 12 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (10) entfernbar befestigt sind.

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