DE19500994A1 - Laufrad für ein Radialgebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für ein Radialgebläse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Durchströmung von Bauteilen mit einem hohen Strömungswiderstand bzw. einer steilen Widerstandskennlinie (erforderlicher Druck über Luftdurchsatz) werden wirkungs­ volle Gebläse mit einer steilen Gebläsekennlinie benötigt. Um solchen Anforderungen, die insbesondere in Elektrokleingeräten gefordert sind, gerecht zu werden, werden hierfür Radialgebläse bzw. Radiallüfter eingesetzt. Der von diesen Gebläsen bzw. Lüftern erzeugte Druck hängt u. a. von der Drehzahl, mit der deren Laufräder gedreht werden, und der Beschaufelung, d. h. dem Durchmesser, der Schaufelzahl, der Schaufelform, usw., sowie von den besonderen Einbausituationen und den hier auftretenden Strö­ mungsverlusten ab.

Wirkungsvolle Radialgebläse bestehen üblicherweise aus einer Deckscheibe mit Zuström­ öffnung, einer Bodenscheibe und den dazwischenliegenden Schaufeln. Radial wird das Gebläse von außen durch die Gehäusewand begrenzt, die gleichzeitig einen Teil des Luftströmungskanals bildet. Um trotz Unwuchten, Fertigungstoleranzen und/oder Spiel der Motorwelle einen störungsfreien Betrieb zu ermöglichen, benötigt man zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse einen radialen Spalt. Bedingt durch den Druckunter­ schied vor und nach dem Laufrad kommt es in diesem Spaltquerschnitt zu einer Rück­ strömung. Die Wirkung des Gebläses wird durch diese Spaltverluste deutlich reduziert.

Entsprechend der Widerstandskennlinie verringert sich dann der Durchsatz des Gebläses bzw. unter Berücksichtigung solcher Verluste muß das Laufrads vergrößert und/oder die Drehzahl erhöht werden, um eine entsprechende Kompensation zu erzielen. Dies ist jedoch nicht immer ohne weiteres möglich, da insbesondere in Elektrokleingeräten der zur Verfügung stehende Raum hinsichtlich einer kompakten Bauweise, den Betriebs­ bedingungen oder den Geräuschgrenzen oft vorgegeben ist.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik und der damit verbun­ denen Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad für ein Radialgebläse der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß die angege­ benen Spaltverluste durch auftretende Rückströmungen vermieden werden, ohne daß hierdurch eine radiale Vergrößerung des Laufrads erforderlich ist.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Laufrad der eingangs beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Hilfsströmung, die durch die Zusatzschaufeln erzeugt wird, entsteht im Betrieb eine zusätzliche, radiale Strömung auf der Oberseite der Deckscheibe des Laufrads, die vorzugsweise bei hohen Drehzahlen mit einem hohen dynamischen Druck direkt auf die das Laufrad umgebende Gehäusewand aufprallt und dort axial umgelenkt wird. Durch diese Hilfsströmung wird eine Art "dynamische Dichtung" erzeugt, die die Strömung durch den Ringspalt zu­ mindest teilweise blockiert und den Spaltverlust, wie er bei einem herkömmlichen Laufrad auftritt, reduziert. Da die durch die Zusatzschaufeln erzeugte Hilfsströmung ebenfalls drehzahlabhängig ist, wird mit einer zunehmenden Drehzahl der dynamische Druck erhöht und die dynamische Dichtwirkung entsprechend verbessert.

Dadurch, daß die Zusatzschaufeln auf der Deckscheibe angeordnet sind und damit von den eigentlichen Schaufeln des Laufrads vollständig getrennt sind, ist eine völlige Freiheit bei der Anordnung und der Anzahl der Zusatzschaufeln gegeben. Diese Zusatz­ schaufeln können in ihrer Krümmung den Strömungsanforderungen der zu erzeugenden Hilfsströmung in dem Spalt angepaßt werden.

Ein weiterer Vorteil ist dahingehend gegeben, daß diese Schaufeln an der Oberseite der Abdeckplatte spritztechnisch in einfacher Weise herstellbar sind, d. h. ein solches Laufrad mit Zusatzschaufeln kann vorteilhafterweise als ein einziges, beispielsweise aus Kunststoff gespritztes Teil einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Vorzugsweise wird die Anzahl der Zusatzschaufeln größer als die Anzahl der Schaufeln des Laufrads gewählt, wobei vorzugsweise die Anzahl der Zusatzschaufeln etwa das 2fache der Anzahl der Schaufeln beträgt. Vorzugsweise sind die Zusatzschaufeln gekrümmte Schaufeln derart, daß die Luft zur Erzeugung der Hilfsströmung axial an­ gesaugt wird und mit hoher Geschwindigkeit radial ausgestoßen wird. Hierbei hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß die Zusatzschaufeln und die Schaufeln entgegengesetzt zueinander gekrümmt sind; bevorzugt werden die Zusatzschaufeln vorwärts und die Schaufeln rückwärts, d. h., in entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die Drehrichtung, gekrümmt.

Unter Umständen ist es bei kleinen Geräten erwünscht, definierte Geräusche in Abhän­ gigkeit der Drehzahl des eingesetzten Motors zu erzeugen. Für eine solche Geräusch­ entwicklung können gegebenenfalls diese Zusatzschaufeln geometrisch verändert werden, ohne die sonstigen strömungstechnischen Daten des Laufrads zu verschlech­ tern.

Prinzipiell kann die Erfindung hinsichtlich der Zusatzschaufeln bei allen Radialgebläsen angewandt werden, die eine mitrotierende, die Schaufeln abdeckende Deckscheibe besitzen, vorzugsweise bei Gebläsen mit hohem Druckaufbau zur Durchströmung von Bauteilen oder Geräten mit relativ großen Strömungswiderständen bzw. einer steilen Widerstandskennlinie. Als Beispiele für solche Geräte sind Haartrockner, vorzugsweise mit schmalen Düsen (Erzeugung einer Luftströmung zum Trocknen), sowie insbesondere Küchenmaschinen (Erzeugung einer Luftströmung zur Motorkühlung), zu nennen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Laufrad,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung eines Laufrads nach dem Stand der Technik.

Das Laufrad 1, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, bildet einen Teil eines Radialgebläses. Das Laufrad 1 ist von einer zylindrischen Gehäusewand 2 umgeben. Zwischen der Gehäusewand 2 und dem Außenumfang des Laufrads ist ein Ringspalt 3 belassen, so daß es sich frei, an einem Aufnahmezapfen 4 gehalten, um die Drehachse 5 in Richtung des Drehpfeils 6 drehen kann. Das Laufrad 1 besitzt einen als Nabe ausgebildeten Tragekörper 7, der mit dem als Aufnahmezapfen dienenden Welle 4 verbunden ist, der eine radiale Erstreckung derart aufweist, daß ein relativ großer Freiraum zwischen dem radialen Umfang 7 und der Gehäusewand 2 verbleibt, wie in Fig. 2 zu sehen ist.

Auf der Oberseite des Tragekörpers 7, die im Außenbereich zu einer Ebene senkrecht zu der Achse 5 geneigt verläuft, sind mehrere Schaufeln 9 (teilweise gestrichelt und geradlinig verlaufend dargestellt) gleichmäßig um den Umfang verteilt, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist. Insgesamt sind in der dargestellten Ausführungsform acht solcher Haupt-Schaufeln 9 vorhanden. Anstelle des geradlinigen Verlaufs können die Schaufeln 9 auch entgegen der Drehrichtung nach außen gekrümmt sein, so wie dies bei Radial­ gebläsen allgemein bekannt ist. Auf der Oberseite der Schaufeln 9, d. h. auf ihrer dem Tragekörper 7 abgewandten Seite, ist eine ringförmige Deckscheibe 10 befestigt, die an ihrem inneren Rand 11 etwa mit der Innenkante 12 der Schaufeln 9 abschließt, während sie an ihrem äußeren Rand 13 die Begrenzung des Laufrads 1 zu der Gehäusewand 2 unter Belassung des erwähnten Ringspalts 3 hin bildet. Die Unterseite 23 der Deck­ scheibe 10 ist der schrägen Oberseite 22 des Tragekörpers 7 strömungstechnisch angepaßt. Die Deckscheibe 10 bildet ein kreisringförmiges Segment eines Kegelmantels. Die Ober- und Unterseite 22, 23 der Deckscheibe 10 laufen radial nach außen aufein­ ander zu.

Die Schaufeln 9 sind derart orientiert und dimensioniert, daß ihre Kanäle 28 über die Öffnung 14 an der Oberseite des Laufrads 1 Luft ansaugen, wie durch den Strömungs­ pfeil 15 in Fig. 2 angedeutet ist. Diese Luft wird dann durch die einzelnen Kanäle 28, die durch die Schaufeln 9, die durch die Oberseite des Tragekörpers 7 und die Unterseite der Deckscheibe 10 gebildet werden, geführt und radial nach außen zu der Gehäuse­ wand 2 hin gelenkt. Die Luftströmung prallt dann auf die Gehäusewand 2 auf und wird in axialer Richtung umgelenkt, wie durch den letzten Strömungspfeil 16 der Kette der Strömungspfeile in Fig. 2 gezeigt ist.

Laufräder 1 von Radialgebläsen mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau nach dem Stand der Technik erzeugen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, nicht nur eine Luftströmung radial nach unten durch den Freiraum 29, der zwischen dem radialen Umfang 8 und der Gehäusewand 2 belassen ist, hindurch, sondern mit steigendem Strömungswiderstand wird auch nach Fig. 2 in Richtung des Pfeils 17 Luft radial nach oben durch den Ringspalt 3 zwischen der Deckscheibe 10 und der Gehäusewand 2 hindurchgeführt, wie durch den mit unterbrochener Linie dargestellten Pfeil 17 angedeutet ist. Mit zunehmen­ dem Strömungswiderstand bzw. einer steiler werdenden Widerstandskennlinie (er­ forderlicher Druck über Luftdurchsatz) nimmt der Druckunterschied zwischen der Ansaugseite 24 des Laufrads 1 und dessen Auslaßseite 25 zu und damit sucht sich ein Teil der Luftströmung 15, 16 zunehmend auch einen Strömungsweg durch den Rings­ palt 3 hindurch.

Um die vorstehende Leckage der Luft durch den Ringspalt 3 zu vermeiden, sind auf der Oberseite 26 der Deckscheibe 10 im Bereich des äußeren Rands 13 Zusatzschaufeln 18 gleichmäßig am Umfang verteilt ausgebildet. Die radial außenliegenden Kanten 19 dieser Zusatzschaufeln 18 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in Verlänge­ rung des äußeren Rands 13 der Deckscheibe 10, so daß bei Drehung des Laufrades 1 ein in etwa gleichförmiger Ringspalt 3 zwischen der Gehäusewand 2 und dem äußeren Rand 13 der Deckscheibe 10 und der radial außenliegenden Kante 19 der Schaufeln 18 gebildet wird. Die axial nach oben weisende Außenkante 27 verläuft in diesem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 vorzugsweise waagerecht. Es sind aber auch andere Verlaufsformen der Außenkanten 27 der Zusatzschaufeln 18 denkbar, ohne daß die dadurch erzeugte Hilfsströmung wesentlich beeinflußt wird. Wie anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, sind insgesamt 16 solcher Zusatzschaufeln 18 vorgesehen, also eine gegenüber den Haupt-Schaufeln 9 doppelt so große Anzahl.

Die Zusatzschaufeln 18 erzeugen auf der Oberseite 26 der Deckscheibe 10 eine Hilfs­ strömung, indem Luft von den Schaufeln 9 aus Richtung des Pfeils 20 angesaugt wird, zwischen den Zusatzschaufeln 18 radial nach außen strömt und nach Aufprall gegen die Gehäusewand 2 axial nach unten und nach oben geführt wird, wie durch die unter­ brochenen Strömungspfeile 21 in Fig. 2 angedeutet ist. Durch diese Luftströmung, insbesondere durch die Strömungskomponente, die nach unten gerichtet ist und die der Luftströmung, die durch den Strömungspfeil 17 angedeutet ist, entgegenwirkt, wird eine Art Luftbarriere bzw. dynamische Dichtung in dem Spalt 3 gebildet. Diese Luftbarriere verhindert weitgehendst, daß die Hauptluftströmung, die durch die Schaufeln 9 erzeugt wird, durch diesen Ringspalt 3 nach oben entweicht und zu einem Druckverlust führt bzw. den Druckaufbau des Laufrads 1 reduziert.

Wie ersichtlich wird, wird mit zunehmender Drehzahl des Laufrads und damit zu nehmen­ der Förderleistung auch die Förderleistung der Zusatzschaufeln 18 erhöht, so daß sich mit zunehmendem Strömungswiderstand der Hauptluftströmung auch diese Luftbarriere in dem Spalt 3 verstärkt. Solche Zusatzschaufeln 18 bzw. die sich über diese Zusatz­ schaufeln 18 aufbauende Luftströmung stellt keine wesentliche Belastung des Antriebs­ motors dar, verhindert jedoch, daß die Wirkung des Radialgebläses durch Strömungs­ verluste an dem Ringspalt 3 nachläßt. Weiterhin wird durch diese dynamische Dichtung, die mittels der auf der Oberseite der Deckscheibe 10 angeordneten Zusatzschaufeln 18 erzielt wird, die Baugröße des Laufrads 1 nicht in der axialen Richtung vergrößert, da diese Zusatzschaufeln 18 nicht über den höchsten Punkt der Oberseite der schräg­ gestellten Deckscheibe 10, d. h. über den höchsten inneren Rand 11 der Deckscheibe 10, vorstehen. Weiterhin können diese Zusatzschaufeln 18 in einfacher Weise bei Ausführung des Laufrads 1 als Spritzgußteil an der Oberseite der Deckscheibe 10 angespritzt und entformt werden.

Die Anordnung der Zusatzschaufeln 18 sowie deren radiale Orientierung zu der Achse 5 ist nicht auf die dargestellte Ausführung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, beschränkt; vielmehr sind die Zusatzschaufeln 18 in Fig. 1 nur schematisch dargestellt, um das Prinzip der beschriebenen, dynamischen Dichtung zu erläutern. Vorzugsweise sind die Schaufeln 9 des Radiallüfters rückwärts gekrümmte Schaufeln, während die Zusatz­ schaufeln 18 vorwärts gekrümmte Schaufeln sind.

Claims (7)

1. Laufrad (1) für ein Radialgebläse mit auf einem Tragekörper (7) angeordneten und radial mit Abstand zu seiner Drehachse (5) und zueinander beabstandeten Schau­ feln (9), die auf ihrer dem Tragekörper (7) abgewandten Seite von einer Deck­ scheibe (10) abgedeckt sind, welche am radial äußeren Umfang des Laufrads (1) von einer Gehäusewand (2) unter Bildung eines ringförmigen Spaltes (3) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Schaufeln (9) abgewandten Seite auf der Deckscheibe (10) zumindest im Bereich des Außenumfangs Zusatzschaufeln (18) gleichmäßig verteilt sind, die eine radiale Hilfsströmung erzeugen.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zusatzschaufeln (18) größer als die Anzahl der Schaufeln (9), vorzugsweise das etwa 2fache, ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (9) und die Zusatzschaufeln (18) gekrümmt sind.

4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaufeln (18) und die Schaufeln (9) entgegengesetzt zueinander gekrümmt sind.

5. Laufrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaufeln (18) vorwärts und die Schaufeln (9) rückwärts gekrümmt ausgebildet sind.

6. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaufeln (18) und die Deckscheibe (10) eine einstückige Baueinheit bilden.

7. Laufrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit ein Kunststoffspritzgußteil ist.