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Dokumentenidentifikation EP1801421 09.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001801421
Titel Ventilator and Ventilatorflügel
Anmelder Ziehl-Abegg AG, 74653 Künzelsau, DE
Erfinder Neumeier, Ralf, 74638 Waldenburg, DE
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 22.12.2005
EP-Aktenzeichen 050282649
EP-Offenlegungsdatum 27.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.08.2007
IPC-Hauptklasse F04D 29/38(2006.01)A, F, I, 20070529, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F04D 29/32(2006.01)A, L, I, 20070529, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ventilator und einen Ventilatorflügel.

Hintergrund der Erfindung

Bei modernen Ventilatoren oder Lüfterrädern ermöglichen strömungsmechanisch günstig geformte Ventilatorflügel eine hohe Leistungsfähigkeit, z.B. hinsichtlich des erreichten Durchströmvolumens oder des Ausströmdrucks. Problematisch ist dabei jedoch häufig eine starke Geräuschentwicklung im Betrieb des Ventilators.

Die DE 199 480 75 verwendet zur Reduzierung des Laufgeräuschs einen Axialventilator mit Flügeln, die eine S-förmige, voreilende Flügelkante mit einem vorstehenden äußeren Eck aufweisen.

Die EP 887 558 B1 schlägt Ventilatorflügel mit einer S-förmigen Anströmkante und einer zu der Anströmkante gespiegelten Abströmkante vor.

Die US 3 416 725 zeigt eine Flügelform mit einer doppelt gesichelten Anströmkante und einer leicht einfach gesichelten Abströmkante.

Die DE 103 26 637 B3 beschreibt einen Lüfter mit wechselnder Drehrichtung, der Flügel mit S-förmiger, nach außen hin stark zurückweichender Anströmkante aufweist.

Die WO 1998005868 offenbart ein numerisches Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters bzw. seiner Blattgeometrie.

Die US 2 649 921 stellt einen Lüfter mit sehr kurzen und breiten Flügeln und dreifach geschwungenen Anström- und Abströmkanten bereit.

Zuletzt stellt die FR 27 280 28 Flügel mit konvexen Kantenbereichen mit großen Winglets dar.

Zusammenfassung der Erfindung

Vor diesem technischen Hintergrund befasst sich die Erfindung mit dem Problem, einen geräuscharm arbeitenden Ventilator bzw. Ventilatorflügel bereitzustellen.

Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Ventilator bzw. einem Ventilatorflügel gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen.

Bevor die Erfindung näher beschrieben wird, werden zur Verständniserleichterung einige Begriffe erläutert. Dazu betrachtet man einen Ventilator mit mehreren, sternförmig mittels Befestigungsvorrichtungen an einer Nabe angeordneten Ventilatorflügeln (ein erfindungsgemäßer Ventilator verwendet dafür erfindungsgemäße Ventilatorflügel, wie sie im Folgenden beschrieben werden) zum Bewegen des den Ventilator umgebenden Stoffs, wie beispielsweise Luft oder ein anderes Gas oder auch eine Flüssigkeit. Die Nabe bildet den Mittelpunkt des Ventilators.

Für jeden Ventilatorflügel wird ein Radialstrahl definiert, der vom Mittelpunkt der Nabe aus mittig durch den jeweiligen Flügelfuß des Ventilatorflügels nach außen verläuft.

Jeder Ventilatorflügel weist eine Anströmkante auf, die im Betrieb in der normalen Bewegungsrichtung voraneilt, und eine Abströmkante, die im Betrieb in der normalen Bewegungsrichtung nacheilt. Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Ventilator ein Betrieb der beschriebenen Vorrichtung auch mit der entgegengesetzten Laufrichtung möglich. Trotzdem sind die Anström- und Abströmkante meist nur für eine Laufrichtung optimal ausgeformt; der Betrieb in Gegenrichtung kann keine optimale Leistung liefern.

"Innen" ist bei einem beschriebenen Ventilator die Nabe, "außen" das Gehäuse oder der Schacht (falls vorhanden, was aber meist der Fall ist). Die Außenkante des Ventilatorflügels ist demnach die Kante, die sich am weitesten entfernt von der Nabe befindet; sie ist oftmals kürzer als die Anström- und Abströmkanten.

Weiterhin besitzt das Ventilatorflügelblatt eine Saugseite, die im Betrieb die anströmende Luft etc. ansaugt, sowie eine gegenüberliegende Druckseite, auf der sich der Druck zum Ausstoßen der Luft etc. aufbaut.

Ein erfindungsgemäßer Ventilator zeichnet sich nun durch einen besonders geräuscharmen Betrieb aus. Wie oben schon erwähnt, verwendet ein erfindungsgemäßer Ventilator dazu wenigstens einen erfindungsgemäßen Ventilatorflügel, den bzw. die er vorzugsweise in gleichen Abständen um eine Nabe anordnet. Zur Befestigung des wenigstens einen Flügels umfasst der Ventilator Befestigungsvorrichtungen, die beispielsweise ein am Flügel angebrachtes Gegenstück aufnehmen. Naturgemäß verfügt der Ventilator über einen ansteuerbaren Motor, der für seinen Betrieb, also die Rotation des wenigstens einen Ventilatorflügels um eine durch den Mittelpunkt der Nabe gedachte Achse, sorgt. Meist befindet sich der Ventilator in einem Schacht oder Gehäuse. Dem Fachmann sind weitere Einzelheiten zu Aufbau und Funktion der konventionellen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Ventilators, wie Antrieb oder Ansteuerung, bekannt, auf die hier deshalb nicht näher eingegangen werden muss.

Die von einem erfindungsgemäßen Ventilator verwendeten erfindungsgemäßen Ventilatorflügel erreichen die verminderte Geräuschbildung bei Betrieb des Ventilators durch eine spezielle Kantenform. Und zwar ist die Anströmkante eines erfindungsgemäßen Flügels in der Flügelblattebene S-förmig ausgebildet, weist also zwei Bögen mit einem Umkehrpunkt auf. Der Umkehrpunkt befindet sich vorzugsweise etwa in der Mitte der Anströmkante; der vom Umkehrpunkt aus außen gelegene Bogen wölbt sich vorzugsweise konkav in die Flügelfläche hinein, also in Richtung des Radialstrahls, während sich der vom Umkehrpunkt aus innen gelegene Bogen vorzugsweise konvex vom Radialstrahl weg wölbt. Die Bezeichnung "in der Flügelblattebene" soll dabei lediglich verdeutlichen, dass die S-Form der Anströmkante eine Ausbuchtung in die Flügelfläche hinein bzw. aus ihr hinaus bewirkt und nicht etwa eine dazu senkrechte Wölbung. Es ist jedoch anzumerken, dass in den meisten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels die einzelnen Punkte des Flügelblatts nicht auf einer Ebene liegen; auch die einzelnen Punkte der Anströmkante liegen - egal, in welchem Koordinatensystem betrachtet - meist nicht auf einer Geraden. Insofern ist, geometrisch gesehen, eine "Flügelblattebene" in den seltensten Fällen vorhanden.

Die beschriebene S-Form der Anströmkante führt bei Betrieb des Ventilators zu einer verminderten Geräuschbildung, weil die einzelnen Punkte der Anströmkante zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf eine (etwa durch eine Störung verursachte) Wellenfront treffen, die ihnen zum Beispiel in ihrer Bewegungsrichtung entgegen kommt. Deswegen entstehen innerhalb eines bestimmten Zeitraums durch das zeitversetzte Auftreffen der einzelnen Punkte der Anströmkante auf der Wellenfront nacheinander viele (schwache) akustische Wellen, während bei nicht-geschwungenen Ventilatorflügeln das quasi gleichzeitige Auftreffen aller Punkte der Anströmkante auf der Wellenfront eine einmalige (starke) akustische Welle verursacht. Demnach ergibt sich im Gegensatz zu nicht-geschwungenen Ventilatorflügeln, die einen kurzen, hohen Geräusch-Peak in einem schmalen Frequenzband bewirken, beim erfindungsgemäßen Ventilatorflügel ein etwas länger andauerndes, aber breitbandiges, wenig wahrnehmbares Geräusch von geringer Amplitude.

Jedoch vermeidet ein erfindungsgemäßer Ventilator Einschränkungen, die bei konventionellen Ventilatoren durch eine geschwungene Kantenform teilweise auftreten.

Bei Ventilatoren wird nämlich versucht, die Luftströmung von der Druckseite zur Saugseite der Ventilatorflügel über deren Außenkanten zu minimieren. Hierzu wird oftmals zwischen der Außenkante eines Ventilatorflügels und einem Gehäuse vorzugsweise nur ein möglichst schmaler Spalt vorgesehen. Auf der anderen Seite soll die Möglichkeit gewährleistet bleiben, den Ventilatorflügel in Anpassung an äußere Bedingungen oder Anwenderwünsche um den Radialstrahl als Drehachse gedreht einzustellen. Die Einstellung erfolgt meist vor der Inbetriebnahme des Ventilators, wenn das Leistungsprofil der Anlage auf die spezielle Anwendung abgestimmt wird. Alternativ ist der Ventilator mit einer Steuereinheit und Sensoren oder einem Bedienerdisplay sowie Aktuatoren ausgestattet. Dann kann die Steuereinheit beispielsweise in Abhängigkeit von den Sensorsignalen bzw. Bedienereingaben mit der Hilfe der Aktuatoren ständig für eine optimale Drehwinkeleinstellung der Flügel um den Radialstrahl sorgen.

Je schmaler nun der Spalt zwischen Außenkante des Flügels und Gehäuse gewählt wird, desto kleiner ist der einstellbare Flügelverstellbereich, in dem der Flügel nicht in Anschlag mit der Gehäusewand gerät. Hier muss ein Kompromiss in der Spaltbreite gefunden werden, der keine allzu großen strömungsmechanischen Nachteile in sich birgt, aber trotzdem eine Mindestdrehung des Ventilatorflügels zulässt.

Eine gekrümmte Form von Anström- oder Abströmkante führt jedoch in Vergleich zu (mehr oder weniger) geraden Anström- oder Abströmkanten häufig zu einem "schnelleren" Anstoßen nach wenigeren Drehungsgraden wenigstens einer Ecke der Außenkante am Gehäuse bei gleicher Spaltbreite zwischen Gehäuse und Außenkante.

Die Erfindung verhindert diesen Nachteil durch die spezielle S-Form der Anströmkante. Diese gewährleistet nämlich, dass der Mittelpunkt der Außenkante eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels wie bei einem nicht-geschwungenen Flügel auf der Drehachse liegt. Mit "Mittelpunkt" ist dabei der auf der Außenkante liegende Schnittpunkt von zwei auf der Außenkante verlaufenden Linien bezeichnet, von denen die eine vom vorderen "Anström"-Ende der Außenkante (also dort, wo die Anströmkante und die Außenkante sich treffen) zum hinteren "Abström"-Ende (an dem sich die Außenkante und die Abströmkante treffen) verläuft und dabei an jedem Punkt denselben Abstand zur einen langen Seitenkante der Außenkante (an der sich die Saugseite (bzw. Druckseite) des Flügelblatts und die Außenkante treffen) wie zur anderen einhält, während die andere Linie die Mitte der langen Seitenkanten der Außenkante miteinander verbindet und dabei ebenfalls an jedem Punkt in der Mitte zwischen dem "Anström"- und "Abström"-Ende verläuft. Für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch andere Definitionen des Mittelpunkts der Außenkante denkbar, deren Verwendung hinsichtlich der Drehbarkeit ein ähnliches Resultat liefert. Andere Ausführungsformen lassen eine ungenaue Bestimmung des Mittelpunkts der Außenkante (beispielsweise nach reinem Augenmaß) zu.

Da der Mittelpunkt der Außenkante auf dem Radialstrahl liegt, bleibt der Ventilatorflügel bei gleicher Spaltbreite genauso weit wie ein vergleichbarer nicht-geschwungener Flügel um seinen Radialstrahl drehbar (wenn er entsprechend drehbar gelagert ist); die Erfindung verbindet den Vorteil der Geräuschreduktion mit dem Vorteil der variablen Einstellbarkeit.

In Anpassung an die Form der Anströmkante und die festgelegte Position der Außenkante schlagen die folgenden Ausführungsformen der Erfindung eine strömungsmechanisch günstige Form der Abströmkante vor. Vorzugsweise formt die Abströmkante in der "Flügelblattebene" ebenfalls mindestens einen Bogen, in den meisten Ausführungsformen jedoch zwei oder drei Bögen, wobei aber häufig nur ein Bogen in ähnlich starker Weise wie bei der Anströmkante gekrümmt ist. Meist liegt der stark ausgebildete Bogen im äußeren Drittel der Abströmkante und weist eine zum äußeren Bogen der Anströmkante parallele Krümmung auf. In der inneren Hälfte der Abströmkante werden beispielsweise zwei flache Bögen mit einem Umkehrpunkt untergebracht. Der zweite Bogen geht dann sehr flach und mit einem weiteren Umkehrpunkt in den äußeren, zur Anströmkante parallelen Bogen über. Vorzugsweise liegt die breiteste Stelle des Ventilatorflügels, also der Punkt, an dem die Anström- und Abströmkante am weitesten auseinander liegen, in seinem inneren Fünftel. Es ist jedoch auch möglich, dass der innerste Punkt der Anström- und der Abströmkante die breiteste Stelle markiert. In den meisten Ausführungsformen stellt die Außenkante die schmalste Stelle des Flügels dar.

Weiterhin passt sich die Außenkante des erfindungsgemäßen Ventilatorflügels vorzugsweise an die Form eines Schachts oder Gehäuses um den Ventilator herum an (wenn er sich denn in einem solchen befindet), indem sie die Krümmung des durch den Querschnitt des Gehäuses gebildeten Kreises aufnimmt. Betrachtet man die Außenkante von außen in Richtung des Radialstrahls, weisen ihr vorderes, die Anströmkante treffendes Ende und ihr hinteres, die Abströmkante treffendes Ende vorzugsweise eine abgerundete Form zwischen der Saug- und der Druckseite auf, wobei der Radius der Rundung beim vorderen "Anström"-Ende" größer ist als beim hinteren "Abström"-Ende. Vom "Anström"-Ende in Richtung des "Abström"-Endes nimmt die Außenkantenbreite im Bereich des ersten Drittels der Außenkante erst zu und dann langsamer wieder ab. Bei den meisten Ausführungsformen wird die Zunahme der Außenkantenbreite hauptsächlich durch Aufwölbung einer (und zwar meist der sich mit der Saugseite des Ventilatorflügels treffenden) langen Seitenkante der Außenkante erreicht. Diese "Flügelform" mit konvexer Wölbung verstärkt den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Saug- und Druckseite und das Ausmaß der Luftablenkung. Auch die Profile von zur Außenkante parallelen Schnitten des Flügels weisen eine Flügelform auf.

In einer Ausführungsform ist an der gesamten Länge der Außenkante oder sogar über die Länge hinausstehend ein Querstück oder Winglet angebracht. Ein derartiges Querstück hilft beim Reduzieren bzw. Fernhalten von Luftwirbeln, die sich häufig am Ende des Flügels bilden. Es steht nach beiden Seiten senkrecht zum Radialstrahl ab, wobei sich die beiden Winkel gegenüber der Flügelfläche in Abhängigkeit von deren Krümmung entlang des Radialstrahls häufig beträchtlich von 90° unterscheiden, zusammen aber annähernd 180° ergeben. Eine andere Ausführungsform sieht ein schräg nach außen und der angesaugten Luft entgegenstehendes Querstück vor.

Beispielsweise erhöht das Querstück - von außen her betrachtet - die Breite der Außenkante auf das Doppelte bis Dreifache. Dabei steht das Querstück meist nach beiden Richtungen gleich weit über die Breite der Außenkante hinaus. In einer Ausführungsform ändert sich die Breite von einem Eckpunkt der Außenkante bis zum anderen, wobei bis zur Mitte der Außenkante eine Zunahme und danach eine Abnahme der Breite erfolgt. An den Enden der Außenkante liegt demnach die geringste Breite des Querstücks vor, die jedoch meist die Breite der Außenkante überschreitet. Eine andere Ausführungsform sieht keine Überschreitung der Breite der Außenkante an deren Enden vor. Alternativ liegt über die Länge der Außenkante eine konstante Breite vor, oder eine konstante Breite mit einem langsam abnehmenden Abschluss zu den Eckpunkten. Die Varianten mit abnehmender Breite des Querstücks zu den Enden der Außenkante hin erweisen sich dabei für den einstellbaren Drehbereich des Flügels um den Radialstrahl als besonders günstig, weil sie wenig zusätzlich zu berücksichtigendes Material an den in Hinsicht auf ein Anstoßen an der Gehäusewand gefährdeten Außenkantenenden vorsehen.

Eine weitere spezielle Ausführungsform berücksichtigt die wesentliche Beeinflussung des Strömungsfelds im Ventilator, die die Sichelung eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels hervorrufen kann: beispielsweise ändern sich die radialen Geschwindigkeiten und damit die Verteilung der Flügelbelastung entlang des Radius usw. Um dies auszugleichen, sieht diese Ausführungsform eine spezielle Struktur des Ventilatorflügels vor. Und zwar weist das Ventilatorflügelblatt in dieser Ausführungsform entlang des Radialstrahls eine Krümmung auf, so dass sich der Flügel vorzugsweise auf seiner Saugseite konvex wölbt, auf der Druckseite konkav. Diese Krümmung ist meist in der äußeren Hälfte des Flügels besonders stark ausgeprägt.

Zusätzlich ist bei den meisten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Flügels eine weitere Krümmung über seine Breite vorhanden. Demnach liegen auch die einzelnen Punkte der Innen- und Außenkante nicht auf einer Geraden. Beispielsweise ist der Flügelbereich in der Nähe der Anströmkante über seine ganze Länge von der angesaugten Luft weg gekrümmt, so dass auch Innen- und Außenkante in Richtung ihres "Anström"-Endes eine solche Krümmung aufweisen. Die Krümmung über die Breite des Flügels unterscheidet sich in den meisten Ausführungsformen in den Profilen von an verschiedenen Stellen des Radialstrahls parallel zur Innen- oder Außenkante ausgeführten Schnitten, ändert sich also über die Länge des Flügels.

Diese komplexe Form eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels erweist sich als strömungsmechanisch günstig und verhindert einen unter Umständen durch die Sichelform verursachten Leistungsabfall, der sonst gegenüber konventionellen Flügeln mit mehr oder weniger geraden Kanten entstehen könnte. Vielmehr können sich für einen derartigen erfindungsgemäßen Flügel dieselben Anströmungs-, Abströmungs- und Umströmungsbedingungen ergeben wie für einen vergleichbaren konventionellen Flügel.

Ein erfindungsgemäßer Ventilatorflügel misst in der Länge beispielsweise das 1,5- bis 4-fache seiner maximalen Breite, die also die Breite deutlich überschreitet. Dabei variiert die Breite in einigen Ausführungsformen beträchtlich; beispielsweise kann sich die Breite an verschiedenen Stellen des Flügels um den Faktor 2 unterscheiden. Die absolute Flügelgröße wird in Abhängigkeit vom gewünschten Fördervolumen skaliert.

Insgesamt stellt die Erfindung einen Ventilator und Ventilatorflügel bereit, der bei geringer Geräuschentwicklung im Betrieb eine hohe Flexibilität beibehält. Weiterhin schlägt die Erfindung eine spezielle Ausformung vor, die eine hohe Leistungsfähigkeit des mit solchen Ventilatorflügeln ausgestatteten Ventilators sicherstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen nebst den angefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1
eine Ansicht auf die Druckseite einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilators;
Fig. 2
eine Ansicht auf die Druckseite einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 3
eine sichtliche Ansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 4
eine Ansicht auf die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels;
Fig. 5
einen Schnitt des Ventilatorflügels aus Fig. 4;
Fig. 6
eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels von innen;
Fig. 7
eine Ansicht auf die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels; und
Fig. 8
eine Ansicht von außen auf die Außenkante einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Ventilator 9 aus der Druckrichtung. Der Ventilator 9 weist vier sternförmig um die Nabe 7 angeordnete Ventilatorflügel 1 auf, von denen entsprechend der Betrachtungsrichtung jeweils die Druckseite zu sehen ist. Zur Befestigung nehmen an der Nabe angebrachte Befestigungsvorrichtungen 8 die Flügelfüße 5 der Ventilatorflügel 1 auf. Beispielsweise werden die Flügelfüße 5 in die Befestigungsvorrichtungen 8 gesetzt und dann um den Radialstrahl verdreht, bis sie die gewünschte Verdrehstellung erreicht haben. Das Fixieren in der gewählten Position wird beispielsweise durch Schrauben, Klemmvorrichtungen wie Federn oder durch zwischen Ventilatorflügelfuß 5 und Befestigungsvorrichtung 8 eingesetzte, einstellbare oder angepasste Zwischenstücke (die nicht gezeigt sind) erreicht. Bei der Wahl der Befestigungsform sind die (teilweise beträchtlichen) Fliehkräfte zu berücksichtigen, die im Betrieb auf die Ventilatorflügel 1 wirken.

Nicht in der Figur dargestellt ist der Motor, der den Ventilator 9 in eine Rotationsbewegung um eine durch den Mittelpunkt N der Nabe 7 aus der Bildebene herausragende Achse versetzt. Die normale Bewegungsrichtung des Ventilators 9 deutet Pfeil B an. Für diese Bewegungsrichtung, in der die Anströmkanten 1 voraneilen, ist die Form der Flügel 1 optimiert. Jedoch ist bei Bedarf auch eine Bewegung in die andere Richtung möglich.

Anstelle von vier Flügeln 1 kann ein Ventilator 9 jede andere gerade oder ungerade Anzahl von Ventilatorflügeln 1 umfassen, die meist im selben Abstand voneinander angeordnet sind.

Verschiedene Ausführungsformen von Ventilatorflügeln 1 sind in den Figuren 2 bis 7 dargestellt.

Dabei zeigt Figur 2 die Druckseite einer maßstabsgetreuen Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1. Die Anströmkante 2, die im Betrieb voraneilt, weist eine flache S-Form auf, wobei sich der Umkehrpunkt von innen gesehen nicht ganz in der Mitte der Anströmkante 2 befindet. Auch die Abströmkante 3 ist geschwungen. Im äußeren Drittel verläuft sie parallel zu der Anströmkante; in den beiden inneren Dritteln zeigt sie zwei kleine, kaum ausgeprägte Krümmungen mit zwei Umkehrpunkten. Die Ecken der Innenkante 6 sind gegenüber den anderen Kantenpunkten etwas heruntergezogen, so dass die Innenkante 6 insgesamt eine im Bild nach unten offene Krümmung beschreibt, den der Flügelfuß 5 in der Mitte unterbricht.

Der Flügelfuß 5 ist dazu ausgelegt, den Ventilatorflügel 1 mit der an Nabe 7 angebrachten Befestigungsvorrichtung 8 (siehe Figur 1) zu verbinden und die gewünschte Verdrehstellung um den Radialstrahl x einzustellen.

Die Radialstrahlen x der einzelnen Flügel 1 verlaufen vom Nabenmittelpunkt N des Ventilators 9 mittig durch den Flügelfuß 5 des jeweiligen Flügels 1 sternförmig nach außen. Der Mittelpunkt (M) der Außenkante 4 des Ventilatorflügels 1 fällt auf den Radialstrahl x als Drehachse für die Flügelverdrehung. Damit bewegen sich die Enden der Außenkante 4 bei einer Drehung um die Drehachse x auf einem Kreis mit der Entfernung des Endes vom Mittelpunkt M als Radius. Wie zu sehen ist, weist die Außenkante 4 außerdem eine leichte Krümmung auf, um sich der Form des (nicht gezeigten) Gehäuses anzupassen.

Insgesamt beträgt die Länge des in Figur 2 gezeigten Ventilatorflügels 1 ohne den Flügelfuß 5 beispielsweise 13 cm. Die Breite des Ventilatorflügels nimmt im Großen und Ganzen von innen bis zur Außenkante 4 nach außen ab. Die breiteste Flügelstelle befindet sich nicht am innersten Punkt, sondern etwas nach außen verschoben; sie misst ungefähr 7 cm. An der schmalsten Stelle hat der Flügel 1 eine Breite von ca. 5,5 cm. Damit bewegt sich das Verhältnis der Länge des Ventilatorflügels 1 zu seiner Breite in einer Größenordnung von 1,8 bis 2,4. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Flügellänge zur Flügelbreite für den ganzen Flügel oder stellenweise kleiner als 1, beispielsweise ist dann die Außenkante 4 länger als die Anströmkante 2 und die Abströmkante 3. Die Größe des Flügels 1 kann in Abhängigkeit vom Fördervolumen maßstabsgerecht verkleinert oder vergrößert werden.

Figur 3 stellt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels 1 in einer seitlichen Ansicht auf die Abströmkante 3 dar; im Bild liegt die Saugseite des Flügels 1 rechts.

Aus dieser Perspektive ist die Krümmung des Flügels 1 entlang des Radialstrahls x deutlich sichtbar: die Saugseite des Flügels wölbt sich konvex, die gegenüberliegende Druckseite konkav. Die Innenkante 6 ist im Vergleich zur Außenkante 4 deutlich von der angesaugten Luft weg gekrümmt.

Der gezeigte Flügel 1 weist außerdem ein Querstück (Winglet) 10 auf. Es ist auf die Außenkante 4 aufgesetzt und steht zur Saug-und zur Druckseite gleich weit über diese hinaus. Der Winkel zwischen dem zur Druckseite abstehenden Querstückteil und dem Flügelblatt beträgt aufgrund der Flügelkrümmung deutlich mehr als 90°, während der Winkel zwischen dem zur Saugseite abstehenden Querstückteil und dem Flügelblatt deutlich darunter liegt.

Figur 4 zeigt die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1 aus leicht seitlicher Perspektive. Auch dieser Flügel 1 verfügt über ein Querstück 10, das - wie hier zu sehen ist - mit der Länge der Außenkante 4 abschließt und nicht über diese hinausragt. Besonders fällt in dieser Darstellung der Schlitz 11 auf, der bei Bedarf als Aufnahme für Wuchtgewichte dient.

Figur 5 präsentiert einen Schnitt des Flügels 1 aus Figur 4 entlang der Achse A-A.

Die Materialdicke bleibt in dieser Ausführungsform über den größten Teil der Flügellänge einigermaßen konstant. Erst im äußeren Drittel nimmt sie deutlich ab, da dort geringere Kräfte wirken als im inneren Flügelteil. Vorzugsweise ist die Materialdicke gegenüber weiteren, zum gezeigten Schnitt parallelen Schnittprofilen nicht konstant.

Die Perspektive der Figur 6, die einen Flügel 1 von der Nabe nach außen gesehen zeigt, verdeutlicht noch einmal die komplexe Struktur eines erfindungsgemäßen Flügels 1. Nicht nur weist die Anströmkante 2 eine S-Form auf, sondern der Flügel 1 ist auch in Richtung des Radialstrahls x von innen nach außen gekrümmt. Weiterhin zeigt der Flügel 1 auch eine Krümmung über seine Breite, wie an der Innenkante 6 zu sehen ist. Das Ende der Innenkante 6, das die Abströmkante 3 trifft, ist in dieser Ausführungsform etwas vorspringend ausgeprägt.

Deutlich zu sehen ist wiederum das Querstück 10. Es verläuft über die ganze Länge der Außenkante 4, schließt aber mit der Anströmkante 2 ab und steht nicht über diese hinaus. Um einen harmonischen Abschluss zu schaffen, ist als Übergang ein flaches Abfallen von der "normalen" Breite des Querstücks 10 bis auf die Breite der Anströmkante vorgesehen. An der Stelle seiner "normalen" Breite vervielfacht das Querstück 10 die Breite der Außenkante, beispielsweise um den Faktor 3. In der gezeigten Ausführungsform unterscheidet sich die Form des zur Saugseite hin abstehenden Querstückteils von der Form des zur Druckseite hin abstehenden Querstückteils, welches breiter ausgeführt ist.

Der Flügelfuß 5 weist in dieser Ausführungsform einen teilweise durchbrochenen Kreisring auf, auf den beispielsweise ein passendes (nicht gezeigtes) Zwischenstück aufgesetzt werden kann. Eine Befestigungsvorrichtung 8 an der Nabe 7 nimmt wiederum das Zwischenstück auf und sorgt so für einen festen Halt des Flügels 1. Die Wahl bzw. Einstellung des Zwischenstücks gibt die Verdrehstellung des Flügels 1 vor.

Figur 7 zeigt die Saugseite einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilatorflügels. Hier ist wiederum die Krümmung des Flügels 1 entlang des Radialstrahls x gut sichtbar, die auf der Saugseite als konvexer "Bauch" sichtbar ist. Auch diese Ausführungsform weist einen in Bezug auf Fig. 6 beschriebenen Flügelfuß 5 und ein Querstück 10 auf.

Zuletzt zeigt Figur 8 die Außenkante 4 einer Ausführungsform eines Ventilatorflügels 1 mit Blickrichtung von außen in Richtung des Radialstrahls. Aus diesem Blickwinkel ist die Flügelform der Außenkante 4 zu erkennen. Das Anströmende 15 der Außenkante, an dem sich die Anströmkante mit der Außenkante trifft, weist genauso wie das gegenüberliegende Abströmende 16 eine abgerundete Form auf. Der Radius der Rundung ist beim Anströmende 15 deutlich größer als beim Abtrömende 16. An der langen Seitenkante 18 treffen sich die Saugseite des Flügels 1 und die Außenkante, an der Seitenkante 17 die Druckseite und die Außenkante. Durch die Flügelform der Außenkante 4 ist die Seitenkante 18 länger als die Seitenkante 17. Aufgrund des längeren Weges entlang der Seitenkante 18 muss im Ventilatorbetrieb Luft, die entlang der Seitenkante 18 strömt, schneller strömen als Luft, die entlang der kürzeren Seitenkante 17 strömt. Dadurch bildet sich ein Unterdruck bzw. Sog auf der Saugseite des Flügels aus, der Luft aus der Umgebung des Ventilators 9 ansaugt, und Druck auf der Druckseite, der die Luft vom Ventilator weg verteilt.

Ebenfalls eingezeichnet ist der Mittelpunkt M der Außenkante 4, der durch den Schnittpunkt von zwei Linien gebildet ist, wobei die erste Linie das Anströmende 15 mit dem Abströmende 16 und die zweite Linie die Mitte der beiden langen Seitenkanten 17 und 18 miteinander verbindet.


Anspruch[de]
Ventilatorflügel (1) mit: einer in der Flügelblattebene S-förmig gekrümmten Anströmkante (2) und einer Außenkante (4), die kürzer als die Anströmkante ist, bei dem der Mittelpunkt (M) der Außenkante (4) auf dem Radialstrahl (x) des Ventilatorflügels (1) liegt. Ventilatorflügel (1) nach Anspruch 1, dessen Abströmkante (3) in der Flügelblattebene gekrümmt ist. Ventilatorflügel (1) nach Anspruch 1 oder 2, an dessen Außenkante (4) ein Querstück (10) angebracht ist. Ventilatorflügel (1) nach Anspruch 3, bei dem das Querstück (10) über die gesamte Länge der Außenkante (4) verläuft und über die gesamte oder einen Teil der Länge nach beiden Seiten über die Breite der Außenkante (4) hinaussteht. Ventilatorflügel (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Querstück an den Enden der Außenkante (4) die Breite der Außenkante (4) hat. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dessen Flügelblatt entlang des Radialstrahls (x) gekrümmt ist. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dessen zur Außenkante paralleles Schnittprofil an jeder Stelle eine Flügelform aufweist. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der über seine Breite gekrümmt ist. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anströmkante (2) und die Abströmkante (3) im äußeren Bereich des Flügels (1) parallel zueinander verlaufen. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anströmkante (2) und die Abströmkante (3) an ihrem jeweils äußersten Punkt den geringsten Abstand voneinander haben. Ventilatorflügel (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Abströmkante (3) insgesamt drei Krümmungen und zwei Umkehrpunkte aufweist. Ventilator (9), der wenigstens einen um eine angetriebene Nabe (7) angeordneten Ventilatorflügel (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst. Ventilator (9) nach Anspruch 12, bei dem eine Verdrehstellung der Ventilatorflügel (1) um ihren jeweiligen Radialstrahl (x) eingestellt werden kann. Ventilator (9) nach einem der Ansprüche 12 oder 13 , der in einem Gehäuse angeordnet ist, so dass zwischen der Gehäuseinnenwand und der Außenkanten der Ventilatorflügel ein schmaler Spalt ist, der eine parallel Verdrehung der Ventilatorflügel um den Radialstrahl (x) um einen vorgegebenen Winkel zulässt. Ventilator (9) nach Anspruch 14, bei dem die Außenkanten (4) der Ventilatorflügel (1) eine Krümmung aufweisen, die an die Krümmung des Gehäuses angepasst ist.






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