In vielen Bereichen werden Radialventilatoren für die Förderung von Luft eingesetzt. Je nach Einbausituation und Anforderung kann der Einsatz eines gehäuselosen Ventilators, eines sogenannten freilaufenden Rades sinnvoll sein. Ein typischer Einsatzfall ist z.B. das Klimagerät (siehe Bild 1). Nachteilig ist die funktionsbedingt drallbehaftete Abströmung aus dem Laufrad. Dies kann bei nachfolgenden Bauteilen wie z.B. Filtern, Schalldämpfer oder Wärmeübertragern zu einer schlechteren Akustik, mehr Druckverlust und geringerer Leistung führen.
Nach dem Stand der Technik kann mit verschiedenen Mitteln der Drall aus der Strömung entfernt werden. Einerseits ist der Einsatz eines Spiralgehäuses möglich, andererseits die Verwendung eines Nachleitgitters. Das Spiralgehäuse widerspricht dem Einsatzzweck des frei laufenden Rades und weist im Austritt immer noch eine hohe Geschwindigkeit auf. Sowohl Spiralgehäuse als auch Nachleitrad können beide dazu beitragen den vorhandenen dynamischen Druck aus dem Lauf in nutzbaren statischen Druck umzuwandeln, jedoch sind beide nicht in der Lage, zusätzliche Energie auf das Fluid zu übertragen.
Es ist daher die Aufgabe in diesem Forschungsvorhaben mit einem neuartigen gegenläufigen Laufrad eine drallfreie Abströmung aus einem Laufrad zu erzeugen. Die Funktionsweise das Bild 2 anhand der Geschwindigkeitsdreiecke der beiden gegenläufig rotierenden Laufräder.
Auf Basis einer drehzahl- und volumenstromabhängigen Abstimmung der beiden Laufräder aufeinander wird mit der gegenläufig rotierenden Bauweise des zweiten Laufrades eine stoßfreie Anströmung erreicht und die Relativgeschwindigkeit w weiter verzögert. Aufgrund des vorhandenen Vordralles kann trotz Geschwindigkeitsabbau ein drallfreier Druckabbau erreicht werden.
Für die erfolgreiche Bearbeitung des Themas sind folgende Teilaufgaben zu klären:
- Auslegung, Abstimmung und Optimierung der Laufräder
- Entwicklung eines geeigneten Antriebskonzeptes
- Reduktion der Leckage im Spalt zwischen den beiden Laufrädern
- Optimierung der akustischen Eigenschaften
- Entwicklung eines Dralldetektors für die Regelung des Ventilators
Der Einsatz eines gegenläufigen Radialventilators besitzt die folgenden Vorteile:
- Eine drallfreie Abströmung für einen höheren statischen Wirkungsgrad, vergleichbar mit einem Gehäuse oder einem Nachleitrad
- Optimale Anströmung der nachfolgenden Bauteile aus thermodynamischer und strömungsmechanischer Sicht.
- Optimaler Wirkungsgrad durch Anpassung der Drehzahlen.
- Größere Leistung bei gleichen Bauvolumen