Ventilator

Abstract: 1. Fan with a casing jacket constructed as a pipe section, with an electric drive motor mounted coaxially within the casing jacket, with spokes for fixing the drive motor stator to the casing jacket and which extend within the latter at one end thereof, with an impeller having a hub, which carries a ring of blades and has an outer face which, in the vicinity of the intake, widens conically in the flow direction and to which the blades of the ring of blades are fixed, with a flow channel which is externally bounded by the inner face of the casing jacket and internally bounded by the outer face of the hub, in which a drive motor and the impeller extend coaxially and completely within the casing jacket, in which the inner face of the casing jacket has its smallest diameter in the central area, related to the axial length of the impeller, characterized in that the outer face (13) of hub (27) is axially continuously widened over its entire length and that the inner face (15) of the casing jacket (1) has a constriction (35) extending over the entire circumference covered by the impeller (23) and following the constriction widens over the entire circumference to a larger diameter towards the suction and pressure side.

Description: Ventilator Die Erfindung betrifft einen Ventilator mit einem Rohrstück insbesondere mit einem Rohrstück, dessen Länge kleiner ist als dessen kleinster Radius mit einem elektrischen Antriebsmotor, der koaxial innerhalb des Rohrstückes gelagert ist, mit Speichen zur Befestigung des Stators des Antriebsmotors am Rohrstück, die sich innerhalb des Rohrstückes am einen Ende des Rohrstückes erstrecken, mit einem Ventilatorlaufrad, das eine Nabe hat, welche einen Flügelkranz trägt, der sich vollständig innerhalb des Rohrstückes in einem ringförmigen Strömungskanal erstreckt. Bei Ventilatoren dieser Art erfolgt der Luft- oder Gasdurchsatz koaxial zur Rotorachse - dann handelt es sich um einen sogenannten Axialventilator - oder der Luftdurchsatz erfolgt schräg zur Rotorachse - und dann handelt es sich um einen sogenannten Diagonalventilator. Ventilatoren dieser Art werden als Einbauventilatoren eingesetzt und stehen zu diesem Zweck in Abmessungen von 3 bis 20 cm (Zentimeter) Rohrdurchmesser zur Verfügung. Bei solchen Gebläse ist der. für die erforderlichen Einbauten zur Verfügung stehende Platz, durch den Innenraum des Rohrstückes begrenzt. und dieses wird im Interesse enger Einbaubedingungen möglichst kurz gemacht. Zur Anpassung der Strömungscharakteristik an die jeweiligen Bedarfsfälle, können bei solchen Ventilatoren nur innerhalb der zur Verfügung stehenden Aussenkontur, Veränderungen vorgenommen werden. Aufgabe der Erfindung ist es, im Rahmen der vorgegebenen Aussenfrontur einen solchen Ventilator so zu modifizieren, dass er grosseren Oifferenzdruck zwischen Saus- und Druck seite erzeugt. Diese Aufgabe wird gelöst, durch die Merkmale des Kennzeichens des AnsPruchs 1. Durch die kreiskegelförmige innere Begrenzung des Strömungskanals wird der Strömung eine zusätzliche radiale Komponente aufgezwungen, die zum Aufbau einer grösseren Druckdifferenz auf der Druckseite führt. Durch die Erfindung ist man in der Lage, allein durch Einsetzen des Ringes die Ventilatorcharakeristik im Sinne der Aufgabenstellung zu verändern. Das ist, da es sich bei Ventilatoren der eingangs genannten Art um Massenartikel handelt. für die Produktion sehr vorteilhaft, denn man kann für Ventilatoren mit hoher Förderleistung und für Ventilatoren mit hohem Druck, von den gleichen Bauteilen, nämlich dem gleichen Rohrstück und dem gleichen Motor ausgehen, man muss nur im Falle des Druckventilators zusätzlich den Ring einsetzen und die Flügel anpassen. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Figur 1 einen Axialventilator in Strömungs richtung gesehen, Figur 2 die Ansicht gemäss dem Pfeil II aus Figur 1. Figur 3 den Teilschnitt III aus Figur 1, Figur 4 den Teilschnitt IV aus Figur 1, Figur 5 eine Ventilatorkennlinie, Figur 6 eine angewickelte Darstellung des Flügelrades für eine Flügelzahl 7 und Figur 7 eine Schaufel in Draufsicht in natürlicher Grösse. In der Zeichnung ist mit 1 ein Rohrstück bezeichnet, dessen Länge gemäss DopPelpfeil 2 kleiner ist als dessen kleinster Radius gemäss DoppelPfeil 3. Mit 4 ist ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, der koaxial vollständig innerhalb des Rohrstückes 1 gelagert ist. Der Antriebsmotor 4 ist ein Aussenläufermotor. Der Antriebsmotor ist mit vier auf den Umfang verteilt angeordneten Speichen 5, 6, 7, 8 am Rohrstück 1 befestigt. Die Speichen erstrecken sich entlang des einen. zum Beispiel des saugseitigen Endes des Rohrstückes, vom Rohrstück zu einer Lagerscheibe 11. Diese Lagerscheibe 11 gehört zu dem allgemein mit 9 bezeichneten Stator des elektrischen Antriebsmotors. Mit 10 ist der Rotor des Motors 4 bezeichnet der topfförmig ausgebildet ist, und den Stator bis dicht an die Speichen 5, 6, 7, 8 beziehungsweise an die Lagerscheibe 11 umgibt. Auf den Rotor 10 ist ein Ring 12 verdrehungssicher gesteckt, der eine Aussenfläche 13 aufweist, die sich in Strömungsrichtung gemäss Pfeil 24 kegelförmig erweitert. Ein ringförmiger Strömungskanal 14 wird aussen von der Innenfläche 15 des Rohrstückes und innen von der Aussenfläche 13 des Ringes 12 begrenzt. Auf dem Umfang des Ringes 12 sind insgesamt fünf Flügel 16 bis 20 verteilt an geordnet, die an der Aussenfläche 13 des Ringes 12 befestigt sind. Der Ring 12 ist formschlüssig passend auf den topfförmigen Rotor 10 gesteckt. Der Ring 12 besteht aus einer Innenwand 21, die formschlüssig auf den Rotor 10 passt, und einer Aussenwand 22, die schräg zur Innenwand steht, und an dieser befestigt ist, so dass zwischen den beiden Wänden 21 und 22 ein zur Druckseite 25 offener keilförmiger Ringspalt 26 ausgespart ist. Dieser keilförmige Ringspalt 26 kann auch verschlossen oder ausgefüllt sein. Wesentlich ist, dass sich die Aussenfläche 13, die den Strömungskanal nach innen begrenzt, konisch in Strömungsrichtung erweitert, und zwar mit einem Winkei 28 von 5 bis 45 Grad vorzugsweise 30 Grad, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Flügel 16 bis 20 erstrecken sich über den ganzen Querschnitt des Strömungskanals 14 mit Toleranzabstand gemäss DoPpelPfeil 30 zur Innenwand 15 des Rohrstückes 1, und mit etwas grösserem Abstand gemäss Doppelpfeil 31 zu den Speichen 5 bis 8. Die Innenfläche 15 des Rohrstückes 1 hat im mittleren Bereich, bezogen auf die axiale Länge, eine Einschnürung 35 mit kleinstem Durchmesser 29 und erweitert sich zur Druckseite 25 auf einen Durchmesser 33 und zur Sogseite 36 auf einen Durchmesser 32. Der Durchmesser 29 ist kleiner als die Durchmesser 32 und 33. Die Durchmesser 32 und 33 sind etwa gleichgross. An beiden Enden des Rohrstückes 1 ist je ein Flansch 40, 41 mit quadratischer Aussenkontur vorgesehen. Die beiden Flansche 40, 41 stehen sich deckungsgleich gegenüber, so dass der Flansch 40 in Figur 1 durch den dort sichtbaren Flansch 41 verdeckt ist. Die quadratische Aussenkontur der Flansche umgibt das Rohrstück 1 an den Enden eng. so dass im engsten Bereich zum BeisPiel dem Bereich 43. zwischen benachbarten Flanschecken zum Beispiel den Flanschecken 44. 45 die Materialstärke des Flansches gemäss Doppelpfeil 46 nicht wesentlich stärker ist, als die Materialstärke des Rohrstückes, vergleiche Figur 1 und Figur 4. Alle Teile des ventilators. mit Ausnahme der Flansche sind innerhalb des Rohrstückes 1 untergebracht. und der ganze Ventilator einschliesslich der Flansche findet Platz in einem Quadratzylinder, dessen Grundfläche durch die Quadratform eines Flansches gebildet wird, und dessen Höhe dem DopPelPfeil 2 also der Länge des Rohrstückes 1 entspricht. Um den Strömungskanal 14. an den beiden Rohrenden im Rahmen der vorgegebenen Aussenabmessungen zu erweitern, ist der Strömungskanal 14 im Bereich der Flanschecken durch Abschrägungen gebildet, und an den Abschrägungen radial erweitert. Die den Flanschecken 44, 45 zugeordneten Ab schrägungen, sind mit 50. 51 bezeichnet. Die den Flanschecken 52, 53 zugeordneten Abschrägungen sind mit 54. 55 bezeichnet. Beim Stande der Technik sind die Flügel auf der Aussenfläche 57, des Rotors 10 befestigt. Diese Aussenfläche 57 bildet die innere Begrenzung des Strömungskanals. Diese Aussenfläche 57 erstreckt sich im wesentlichen kreiszylindrisch. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die Aussenfläche 13 konisch und vermittelt der entlangstreichenden Förderluft eine radiale Komponente, die wie aus Figur 5 ersichtlich zu einer Drucksteigerung auf der Druckseite 25 gegenüber dem Stand der Technik führt. In Figur 5 ist auf der senkrechten Achse, die auf der Druckseite erzielte Drucksteigerung Pf, und auf der waagerechten Achse der Volumenstrom VS der Förderluft aufgetragen. Die ausgezogen gezeichnete Kennlinie 60 zeigt die, für ein Axialgebläse nach Figur 1 bis 4 gemessenen Werte. Die gestrichelt gezeichnete Kennlinie 61 zeigt gemessene Werte für ein vergleichbar bemessenes Axialsebläse, das nach dem Stande der Technik ausgeführt ist. Dieses Axial geblase nach dem Stande der Technik unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 bis 4 durch das Fehlen des Ringes 12, und die bis zur Aussenfläche 57 reichenden Ventilatorflügel. Aus dem Kennliniendiagramm ist ersichtlich, dass die Drucksteigerung auf der Druckseite gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird ohne Einbusse im Volumenstrom der Förderluft. Der Kennlinienvergleich zeigt, dass durch die Erfindung insgesamt auch eine Steigerung der Förderleistung erzielt ist. Es ist für die Erfindung bedeutungsvoll, dass man einen Ventilator nach dem Stande der Technik einfach durch zusätzliches Einfügen des Ringes 12 mit einer Ventilatorcharakteristik verändern kann, dahingehend. dass er eine grössere Druckdifferenz erzeugt. Man kann dazu von den gleichen Rohrstücken, den gleichen Flanschen und dem gleichen Motor mit den gleichen Speichen ausgehen, setzt nicht die Flügel direkt an den Rotor, sondern setzt auf den Rotor den Ring 12 und die Flügel, entsprechend anders geformt auf den Ring 12. Die Erfindung ist auch anwendbar bei Ventilatoren mit andersartigem Antriebsmotor, zum Beispiel Innenläufermotor. dann wird an dem Rotor ein Topf befestigt, der den Stator entsprechend umgibt. Statt des mit der Einschnürung 35 versehenen Rohrstückes kann man auch ein Rohrstück einsetzen, dessen Innenfläche 15 kreiszylindrisch ist oder eine andere für solche Ventilatoren sinnvolle Form hat. In Abänderung des dargestellen Ausführungsbeispiels kann der Ring 12 auch Teil des Rotors 10 sein. Gemäss einer weiteren Abänderung kann das Rohrstück 1 auch auf seiner ganzen axialen Länge etwa gleichen Durchmesser haben, etwa so gross wie der Durchmesser 29. Es empfiehlt sich, das aus den fünf Flügeln 16 bis 20 gebildete Flügelrad in Abänderung mit einer möglichst engen Flügelteilung auszugestalten. so dass zum Beispiel sieben Schaufeln verwendet werden. und in weiterer Abänderung gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Flugel sehr stark gekrümmt auszugestalten, so dass der Schaufelaustrittswinkel Beta etwa siebzig bis neunzig Grad betragen kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor ein Aussenläufermotor. Die Erfindung ist auch zu verwirklichen in Verbindung mit einem Innenläufermotor. Dann kann der Topf des Rotors, der beim Aussenläufermotor durch den Rotor selbst gebildet wird, ein aufgesetzter, dünnwan diger Topf sein. der mit dem Rotor drehsteif verbunden ist und den Stator bis fast an die Speichen umgibt. Wenn der Antriebsmotor ein kol lektorloser Gleichstommotor ist, kann der durch die Erfindung eventuell erhöhte Leistungsbedarf (denn die Leistungskennlinie wird ja über ihrem ganzen Bereich durch die Erfindung angehoben) bei gleicher Baugrösse des Motors bequem erzeugt werden. Gerade in Verbinung mit einer Aussenläufertype ergibt sich so ein hohes Leistungsvol umen. Figur 6 stellt für eine Flügelzahl sieben eine abgewickelte Darstellung des Flügelrades dar. Die Erhöhung der Flügelzahl (wobei die Flügelzahl durch die Anzahl der Stege nicht teilbar sein darf im Sinne der Geräuschreduzierung) in Verbindung mit starker Flügelkrümmuns (was auch ein grosses Beta von über 50 Grad zur Folge hat) führt in Verbindung mit der Kegelnabe nach Anspruch 1 zur Leistungsanhebung. Zwischen den Flügelkanten und der benachbarten Wand ist ein Spalt von cira einem Millimeter. Die Figur 7 zeigt eine Schaufel in Draufsicht in natürlicher Grösse. Figur 1 ist auch in natürlicher Grösse zu ver stehen. Die Krümmungsachse 71 in Figur 7 ist das Zentrum der Zylinderfläche des Flügels 72. Der Krümmungsradius beträgt dreissig Millimeter. Die Proportionen in den Figuren sind erfindungswesentlich, insbesondere bei Anwendung in natürlicher Grösse (wie in Figur 1 dargestellt).

Claims: Fan with a casing jacket (1) constructed as a pipe section, with an electric drive motor (4) mounted coaxially within the casing jacket, with spokes (5, 6, 7, 8) for fixing the stator (9) of the drive motor (4) to the casing jacket (1) and which extend within the casing jacket (1) at the suction side end thereof, with an impeller (23) having a hub (27), which carries a ring of blades (16 to 20) and has an outer face (13) which widens conically in the flow direction (24) axially over the entire length and to which the blades (16 to 20) of the ring of blades are fixed, with a flow channel (14) which is externally bounded by the inner face (15) of the casing jacket (1) and internally bounded by the outer face (13) of the hub (27), in which the drive motor (4) and the impeller (23) extend coaxially and completely within the casing jacket (1), the diameter (32) of the inner face (15) of the casing jacket (1) at the suction side end being roughly the same as the diameter (33) of said inner face at the pressure side end, the inner face (15) of the casing jacket (1) forming a constriction (35), which extends over the entire circumference covered by the impeller (23) and in which the inner face (15) of the casing jacket (1), following the constriction, widens over the entire circumference to a larger diameter towards the suction and pressure side, characterized in that the inner face (15) of the casing jacket (1) has its smallest diameter (29) in the central area, relative to the axial length of the impeller (23), so that the resulting constriction (35) is located between the hub ends and the flow channel (14) formed between the hub (27) and the casing jacket (1) widens from the constriction (35) towards the suction side end and towards the pressure side end in the vicinity of the casing jacket end. Fan according to claim 1, characterized in that the hub (27) has an approximately circular cylindrical rotor (10) and that a ring is fixed to the rotor which extends completely within the pipe section (1) and has the outer face (13), which widens conically and continuously in the flow direction and inwardly bounds the flow channel (14). Fan according to one of the preceding claims, characterized in that the ring (12) comprises an inner wall (21) positively fitting on the rotor (10) and an outer wall (22), forming the outer face (13), and which is inclined with respect thereto and that between the two walls (21, 22) is formed a wedge-shaped annular clearance (26) open towards the pressure side (25). Fan according to one of the preceding claims, characterized in that the blades (16 to 20) extend over the entire cross-section of the flow channel (14) with a tolerance with respect to the inner wall of the pipe section (1) and with a somewhat greater spacing with respect to the spokes (5 to 8). Fan according to one of the preceding claims, characterized in that on one or both ends of the casing jacket (1) is provided a flange (40, 41) with a square outer contour extending within the axial length of the pipe section and that the inner face (15) of the casing jacket has bevels (50, 51) in the vicinity of the flange corners (45, 44) and is radially extended at the bevels. Fan according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (4) is an external rotor-type motor, whose rotor is the container surrounding the stator.

Inventors: HARMSEN SIEGFRIED DR ING, HARMSEN, SIEGFRIED, DR. ING.
Applicants: PAPST LICENSING GMBH & CO KG, PAPST LICENSING GMBH
Application year: 1985
Main classification: F04D25
IPC codes: F04D25, F04D29