Schaufeln für Flüsterlüfter

Lüfter - Moderne Lüfter sollen elektronische Bauteile und Komponenten möglichst unaufdringlich und leise kühlen. Gleichzeitig müssen sie als Massenprodukt kostengünstig gefertigt werden. Ein neuer Ansatz für leise Lüfter ist die aerodynamische Gestaltung des Ringspaltes zwischen Lüfterschaufel und Gehäuseinnenseite.

04. Juli 2005

Heutige Kleinlüfter sind vom mechanischen Aufbau her weitgehend auf geringstes Laufgeräusch ausgelegt. Nur völlig neue Wege bei der Weiterentwicklung von Kleinlüftern eröffnen noch Chancen für signifikante Verbesserungen. Dazu müssen alle möglichen Geräuschemittenten auf den Prüfstand. Neben der stetigen Verbesserung und Geräuschminimierung des Antriebes und seiner Komponenten bietet dabei vor allem die Aerodynamik ein Reduzierungspotential für die akustische Abstrahlung.

Spalte, Wirbel und die Kosten

Bei Kleinventilatoren wird zur Trennung der Saug- und der Druckseite im Regelfall eine äußere Gehäusewand eingesetzt, die aus Toleranzgründen einen gewissen Spalt zum Laufrad einhalten muss. Die Größe dieses Spalts hängt im wesentlichen von folgenden Faktoren ab: Den Toleranzen der Bauteile, der Längenausdehnung der Laufschaufeln durch Fliehkrafteffekte, der Längenausdehnung der Laufschaufeln durch thermische Effekte sowie den Umwelteinflüssen, z.B. Längenausdehnung durch Feuchtigkeitsaufnahme von Kunststoffen. Aus diesen Gründen muß bei Ventilatoren und besonders bei in Großserie hergestellten Kleinventilatoren, bei denen eine Nachbearbeitung der Bauteile zur Toleranzeinengung aus Kostengründen ausscheidet, ein relativ großer Spalt vorgehalten werden. Zur Minimierung von aerodynamischen Störungen in diesem Bereich geht ebm-papst ganz neue Wege und setzt erstmals eine in anderen Technikbereichen etablierte Lösung in Lüftern ein. In der Natur und der Großtechnik wird die Wirbelablösung an den Enden von (Trag)Flügeln durch sogenannte Winglets minimiert. Vögel spreizen dazu die Endfedern am Rand des Flügels, an Flugzeugen verringern unterschiedlich gestaltete Tragflächenenden das Ablösen von Randwirbeln. Ziel ist die Wirbelbildung und damit den Energieverlust bei Lüftern zu minimieren.

Dieses Wirkungsprinzip kann man aber nicht einfach auf Kleinlüfter übertragen. Die Überlegung bei der Entwicklung einer weiter gehenden Geräuschreduzierung geht daher nicht von einer Aufteilung größerer Wirbel in kleinere aus. Vielmehr ist die Idee, durch eine Aufdickung an der äußersten Flügelspitze der Ventilatorschaufel eine Art Labyrinthdichtung zu gestalten. Diese wingletartigen Endscheiben sollen nicht den betriebstechnisch nötigen Spalt verkleinern sondern den Fluidwiderstand erhöhen. Dies erreicht man über die breitere Endfläche des Winglets, die den Luftmassentransport im Spalt verringert. Gleichzeitig reduziert sich die Stärke des geräuschinduzierenden Blattspitzenwirbels. Untersuchungen an unterschiedlichen Arten von Wingletformen ergaben in allen Betriebspunkten eine deutliche Geräuschreduzierung. Im praktisch sinnvollen Einsatzbereich rechts des Sattelpunktes im Betriebsdiagramm des Lüfters beträgt die Reduzierung zwei bis vier db(A). Zusätzlich reduzieren die Winglets den für Menschen besonders lauten Schaufeldrehklang bei ca. 500 Hz und die Geräuschanteile bei über 6 kHz .

Bei Kleinlüftern ermöglicht die Einführung von Winglets an den Schaufelspitzen also eine deutliche Geräuschreduzierung. Vorteil dieser genialen Lösung: Die Lüfter können weiterhin einfach im Spritzgußverfahren hergestellt werden und auch der für die preiswerte Massenfertigung notwendige Luftspalt zwischen Laufrad und Gehäuse braucht nicht reduziert zu werden. So läßt sich das Betriebsgeräusch von Kleinlüftern kostengünstig reduzieren ohne größere Änderungen in der bestehenden Fertigung.

Dr. Walter Angelis, ebm pabst

Erschienen in Ausgabe: 05/2004