Optimierter Axialventilator

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Axialventilator (100) mit einem Laufrad (1) und einem Lüftergehäuse (2), mit einer Mehrzahl von Schaufeln (3), wobei die Schaufeln (3) durch Materialauftrag auf die Schaufelflächen gebildete Wirbelspitzen (4) aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Axialventilator, welcher eine optimierte Bauform aufweist.

[0002] Axialventilatoren können bisher nur in einer Richtung (Ab- oder Zuluft) optimale Luftstromverhältnisse generieren. Ein Axialventilator, der die Förderrichtung wechseln kann und einen gleichmäßig guten, effektiven Luftstrom gewährleistet und gleichzeitig möglichst geräuscharm ist, ist bisher noch nicht bekannt.

[0003] Aus der DE 201 12 950 U1 ist ein Axialventilator bekannt, der die Förderrichtung wechseln kann. Dessen Schaufeln und Nabe sind einstückig ausgebildet. Dabei sind die Schaufeln derart geformt, dass sie symmetrisch und gleich sind. Mittig der Drehachse des Ventilators weist dieser eine Kugel auf. Im Bereich der Kugel ist die Anströmung der Schaufeln nicht optimal, was zu Geräuschentwicklungen führt, die bei Betrieb des Lüfters als störend empfunden werden können.

[0004] Aus der DE 20 2011 004 708 U1 ist ein Axialventilator bekannt, dessen Schaufeln eine Profilierung, sogenannte Winglets, zur Geräuschreduktion, aufweisen. Allerdings kann der hier beschriebene Axialventilator die Förderrichtung nicht wechseln.

[0005] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Axialventilator, sprich ein Laufrad mit Lüftergehäuse, derart zu konzipieren, dass er die Förderrichtung wechseln kann und der Volumenstrom in beide Förderrichtungen nahezu identisch ist. Weiterhin soll die Geräuschentwicklung bei Betrieb des Axialventilators signifikant reduziert werden und ein hoher Wirkungsgrad in beide Förderrichtungen erzielt werden.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Axialventilator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0007] Ein erfindungsgemäßer Axialventilator mit einer Mehrzahl von Schaufeln, weist an seinen Schaufeln, durch Materialauftrag auf die Schaufelflächen gebildete, Wirbelspitzen auf. Dadurch wird die Geräuschentwicklung bei Betrieb des Ventilators signifikant reduziert.

[0008] Die Wirbelspitzen befinden sich bevorzugt an Ober- und/oder Unterseite der Schaufeln im Bereich der Kanten. Dabei können die Wirbelspitzen die komplette Kante oder nur Teile der Kante der Schaufel einnehmen. Ebenfalls denkbar ist, dass die Wirbelspitzen an anderer Stelle an die Schaufel angebracht sind.

[0009] Bevorzugt weisen die Schaufeln an ihrer Ober- und Unterseite im Bereich der Kanten jeweils 5 Wirbelspitzen auf.

[0010] Die Schaufeln des erfindungsgemäßen Axialventilators weisen vorteilig eine beidseitige Wölbung auf. Dies bedeutet die Schaufeln können zu ihrer Mitte verdickt und zu ihren Kanten verjüngt ausgebildet sein. Weiterhin sind die Schaufeln an ihren Kanten bevorzugt abgerundet ausgebildet. Selbstverständlich können die Kanten der Schaufel auch eckig oder in einer anderen denkbaren Form ausgebildet sein.

[0011] Ebenfalls denkbar ist, dass die Schaufeln in Bezug zu einer radial mittig verlaufenden Achse symmetrisch aufgebaut und in sich verwunden ausgebildet sind. Dabei sind sie beispielsweise an einer symmetrischen Achse gegenläufig verdreht ausgebildet. Mit anderen Worten ändert sich die Steigung der Schaufel ausgehend von der Nabe des Ventilators zur Schaufelspitze hin.

[0012] Ein einem erfindungsgemäßen Axialventilator zugehöriges Laufrad weist bevorzugt eine Halbkugel auf, welche zentriert zu seiner Drehachse angeordnet ist.

[0013] Dabei weist die Halbkugel bevorzugt eine golfballähnliche Oberflächenstruktur auf, wodurch die Geräuschentwicklung signifikant reduziert und der Luftstrahl bis zu einem gewissen Grad wieder vereinheitlicht werden kann. Weiterhin verringert eine derartige Oberflächenstruktur den Drehwiderstand der Schaufeln des Laufrades. Selbstverständlich kann eine derartige Halbkugel auch andere Oberflächenstrukturen aufweisen, beispielsweise glatt sein.

[0014] Ein einem Axialventilator zugehöriges Lüftergehäuse weist ebenfalls eine Halbkugel auf, welche zentriert zur Drehachse des Ventilators angeordnet ist. Dabei kann das Lüftergehäuse als Kubus, mit abgerundeten oder spitzen Ecken, als Kugel oder als Polygon ausgebildet sein. Selbstverständlich sind auch weitere geometrische Formen denkbar.

[0015] Weiterhin von Vorteil ist, dass der Axialventilator seine Förderrichtung wechseln kann. Durch den Wechsel der Förderrichtung kann die Be- und Entlüftung von Räumen durch lediglich einen Lüfter innerhalb eines Lüftungsgerätes gewährleistet werden. Der symmetrische Aufbau der Schaufeln sorgt für einen gleichmäßigen Luftstrom in beide Richtungen. Weiterhin kann, dadurch, dass das Laufrad und das Lüftergehäuse jeweils zentriert zur Drehachse des Ventilators eine Halbkugel mit golfballähnlicher Struktur aufweisen, ein optimaler Luftstrom in beide Richtungen gewährleistet und die Geräuschentwicklung signifikant gemindert werden.

[0016] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Laufrad des Axialventilators durch reversierbaren 6-poligen Motor angetrieben. Selbstverständlich sind auch weitere Antriebseinheiten denkbar.

[0017] Ein derart konzipierter Axialventilator führt zu einem optimalen Volumenstrom, einer signifikanten Geräuschreduktion und einem insgesamt verbesserten Wirkungsgrad.

[0018] Eine Steuereinrichtung eines den Axialventilator antreibenden Motors kann insbesondere derart ausgebildet ist, dass sich der Tastgrad eines an einem Signaleingang der Steuereinrichtung anliegenden pulsweitenmoduliertem Signal auf die einzustellende Drehzahl und Drehrichtung des Motors beginnend bei 0% abbildet wie folgt

• in einem ersten Bereich Stillstand des Motors
• in einem zweiten Bereich Maximaldrehzahl in einer ersten Drehrichtung
• in einem dritten Bereich dann abfallend auf Stillstand in einem vierten Bereich
• in einem fünften Bereich Maximaldrehzahl in einer zweiten Drehrichtung
• in einem sechsten Bereich bis 100% dann abfallend auf Stillstand

[0019] Zu exemplarischen, möglichen Bereichsgrenzen sei auf die Figurenbeschreibung verwiesen. Es versteht sich von selbst, dass Abweichungen der dort gezeigten Grenzen ebenfalls von der Erfindung umfasst sind. Insgesamt gewährleistet die beschriebene Ansteuerung eine gleichmäßige Förderleistung des Ventilators in beiden Laufrichtungen.

[0020] Nachfolgend wird eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0021] Es zeigen:

Figur 1:

schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Laufrades mit einem Lüftergehäuse

Figur 2:

schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Lüftergehäuses mit einem Laufrad

Figur 3:

schematische Darstellung eines Beispiels einer Schaufelgeometrie einer Schaufel eines erfindungsgemäßen Axialventilators

Figur 4:

eine Möglichkeit zur Ansteuerung eines Motors eines erfindungsgemäßen Axialventilators

[0022] In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Laufrades 1 in einem Lüftergehäuse in einem Lüftergehäuse 2 zu sehen. Das Lüftergehäuse 2 kann als Kubus, gerundet oder als Polygon ausgebildet sein. An den Kanten 7 der Schaufeln 3 des Laufrades 1 sind auf der Ober- und Unterseite Wirbelspitzen 4 aufgetragen, dies führt zu einer signifikanten Reduzierung der Geräuschentwicklung bei Betrieb des Axialventilators. Die Schaufeln 3 sind in Bezug zu einer radial mittig verlaufenden Achse 10 symmetrisch aufgebaut. Weiterhin sind die Schaufeln 3 derart ausgebildet, dass sie zu ihrer Mitte hin gewölbt sind. Dies bedeutet, dass die Schaufeln 3 zu ihrer Mitte verdickt und zu den Kanten verjüngt ausgebildet sind (siehe auch Figur 3A und 3B). Dadurch kann der Fördervolumenstrom zu beiden Seiten bei gleicher Drehzahl in etwa gleich groß gehalten werden. Die nach außen zeigenden Ecken 5 der Schaufel 3 sind abgerundet ausgebildet. Ebenfalls denkbar ist, dass die Schaufelecken 5 spitz ausgebildet sind. Durch einen vollsymmetrischen Aufbau der Schaufeln 3 des Laufrades 1, inklusive der Profilierung durch die Wirbelspitzen 4, kann das Strömungsbild in beide Richtungen, also im Zuluft- und im Abluftbetrieb, gleich gut sein. Dabei wird die Geräuschentwicklung durch die Schaufelgeometrie, die Wirbelspitzen 4 und die abgerundeten Ecken 5 der Schaufel 3 deutlich reduziert. Weiterhin weist das Laufrad 1 zentriert zu seiner Drehachse eine geprägte Halbkugel 6 auf. Diese Halbkugel 6 weist im vorliegenden Beispiel eine golfballähnliche Struktur auf, wodurch die Geräuschentwicklung weiter signifikant reduziert und der Luftstrahl bis zu einem gewissen Grad wieder vereinheitlicht werden kann.

[0023] Ein derart konzipierter Axialventilator führt zu einem optimalen Volumenstrom, einer hohen statischen Druckerhöhung, insbesondere im Bereich von ca. 200Pa, einer signifikanten Geräuschreduktion sowie einer optimierten spezifischen Leistungsaufnahme.

[0024] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Lüftergehäuses 2 mit einem Laufrad 1. Das Lüftergehäuse 2 selbst weist, wie das Laufrad 1, eine zur Drehachse des Laufrades 1 zentrierte Halbkugel 6' mit einer golfballähnlichen Struktur auf. Dabei ist die Halbkugel 6' an Streben 9 angeordnet, an welchen auch die in der Figur 2 nicht gesondert dargestellte Antriebseinheit aufgehängt ist. Diese beidseitig angebrachte golfballähnliche Struktur führt zu einer strömungsoptimierten Anströmung beider Förderrichtungen. Dies gewährleistet weiterhin ein optimales Strömungsverhalten in beide Förderrichtungen und reduziert signifikant die Geräuschentwicklung.

[0025] In Figur 3A und 3B ist schematisch ein Beispiel einer Schaufelgeometrie einer Schaufel 3 eines erfindungsgemäßen Axialventilators 1 dargestellt. In Figur 3A ist die Schaufel 3 im Querschnitt entlang ihrer Symmetrieachse aufgezeigt. In den Figuren 3A und 3B kann man erkennen, dass die Schaufel in sich leicht verdreht ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Schaufel im Bereich der Nabe eine Steigung von ca. 30° und an seiner Außenseite von ca. 21 ° aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Winkel denkbar. Weiterhin ist die Schaufel 3 zu ihrer Mitte verdickt und zu ihren Kanten verjüngt ausgebildet. Dabei beträgt die Stärke der Schaufel in der Mitte insbesondere 1,85 mm und an den Kanten insbesondere 0,5 mm. Selbstverständlich sind auch abweichende Werte denkbar.

[0026] Figur 4 zeigt schematisch die Antwort eines erfindungsgemäßen Axialventilators auf ein am Steuereingang seiner Steuerelektronik anliegendes pulsweitenmoduliertes Signal. Dabei ist auf der x-Achse der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals aufgetragen, wohingegen auf der y-Achse die resultierende Drehzahl des Lüfters dargestellt ist. Dabei läuft der Lüfter bei Tastgraden bis 50 % rechts herum (in der Figur mit "R" bezeichnet), wohingegen er bei Tastgraden über 60 % links herum (in der Figur mit "L" bezeichnet) läuft. Gut erkennbar wird, dass der Lüfter bei einem Tastgrad zwischen 50 und 60 % ruht und bei Unterschreiten von 50 % Tastgrad mit Rechtslauf beginnt, bis er beim Erreichen von 15 % Tastgrad mit maximaler Leistung rechts herum läuft. Beim Unterschreiten eines Tastgrades von 10 % stellt der Lüfter seinen Betrieb ein. Umgekehrt startet der Lüfter bei Erreichen von 60 % Tastgrad mit maximaler Drehzahl seinen Linkslauf und reduziert seine Drehzahl mit steigendem Tastgrad bis auf ca. 800 U/min bei 100 %.

[0027] Das gezeigte Profil führt insbesondere dazu, dass Dämpfungseffekte sich im Hinblick auf eine gleichmäßige Förderung des Lüfters in der einen wie der anderen Richtung auch bei unterschiedlichen Leitungslängen deutlich weniger bemerkbar machen als im Fall der Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten "Badewannenkurve". Insgesamt ergibt sich eine sehr einfache Ansteuerung des Lüfters unter Verwendung von lediglich drei Litzen, nämlich + 24 V, GND, und PWM (Steuereingang). Besonders vorteilhaft ist es, für den Betrieb des Lüfters einen sechspoligen, reversierbaren Motor zu verwenden, welcher unmittelbar von der einen in die andere Drehrichtung umschaltbar ist, d. h. trotz Gegenbewegung anläuft.

Ansprüche

1. Axialventilator (100), aufweisend ein Laufrad (1) und einem Lüftergehäuse (2), mit einer Mehrzahl von Schaufeln (3),
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) durch Materialauftrag auf die Schaufelflächen gebildete Wirbelspitzen (4) aufweisen.

2. Laufrad (1) eines Axialventilators (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelspitzen (4) an der Ober- und/oder der Unterseite der Schaufeln (3) im Bereich der Kanten (7) angeordnet sind.

3. Laufrad (1) eines Axialventilators (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass je 5 Wirbelspitzen (4) an der Ober- und/oder Unterseite im Bereich einer Kante (7) angeordnet sind.

4. Laufrad (1) eines Axialventilators (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) eine beidseitige Wölbung aufweisen.

5. Laufrad (1) eines Axialventilators (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) in Bezug zu einer radial mittig verlaufenden Achse symmetrisch aufgebaut sind.

6. Laufrad (1) eines Axialventilators (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
dieser zu seiner Drehachse zentriert eine Halbkugel (6) aufweist.

7. Lüftergehäuse (2) eines Axialventilators (100) insbesondere mit den Merkmalen der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftergehäuse (2) eine zur Drehachse des Ventilators (1) zentrierte Halbkugel (6') aufweist.

8. Laufrad (1) bzw. Lüftergehäuse (2) eines Axialventilators (100) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkugel (6, 6') eine golfballähnliche Oberflächenstruktur aufweist.

9. Axialventilator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (1) die Förderrichtung wechseln kann.

10. Axialventilator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) mit einem 6 poligen Motor angetrieben wird.

11. Axialventilator nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung eines den Axialventilator antreibenden Motors derart ausgebildet ist, dass der Tastgrad eines an einem Signaleingang der Steuereinrichtung anliegenden pulsweitenmoduliertem Signal sich auf die einzustellende Drehzahl und Drehrichtung des Motors beginnend bei 0% abbildet wie folgt

- in einem ersten (B1) Bereich Stillstand des Motors

- in einem zweiten Bereich (B2) Maximaldrehzahl in einer ersten Drehrichtung

- in einem dritten Bereich (B3) dann abfallend auf Stillstand in einem vierten Bereich (B4)

- in einem fünften Bereich (B5) Maximaldrehzahl in einer zweiten Drehrichtung

- in einem sechsten Bereich (B6) dann abfallend auf Stillstand

12. Axialventilator nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche bei folgenden Werten liegen:

erster Bereich	(B1): 0%-10%
zweiter Bereich	(B2): 10%-15%
dritter Bereich	(B3): 15%-50%
vierter Bereich	(B4): 50%-60%
fünfter Bereich	(B5): 60%-65%
sechster Bereich	(B6): 65%-100%

Zeichnung