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EP4063664A1 - Fan wheel of an axial fan - Google Patents

Fan wheel of an axial fan Download PDF

Info

Publication number
EP4063664A1
EP4063664A1 EP22161822.6A EP22161822A EP4063664A1 EP 4063664 A1 EP4063664 A1 EP 4063664A1 EP 22161822 A EP22161822 A EP 22161822A EP 4063664 A1 EP4063664 A1 EP 4063664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fan wheel
hub
blade
rotation
fan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22161822.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Saurabh Gupta
Tobias SIEGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Publication of EP4063664A1 publication Critical patent/EP4063664A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/007—Axial-flow pumps multistage fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F04D25/0613—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump the electric motor being of the inside-out type, i.e. the rotor is arranged radially outside a central stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F04D29/386—Skewed blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade

Definitions

  • the invention relates to a fan wheel of an axial fan with a predetermined direction of rotation about an axis of rotation when used as intended.
  • a special design variant of such axial fans are multi-stage axial fans with mostly two fan wheels arranged in an axial row, which together produce a common axial flow. the Fan wheels can also rotate in the opposite direction. In terms of flow, the transition from the first fan wheel to the second fan wheel is a critical area, in particular with regard to acoustics.
  • the invention is therefore based on the object of providing a fan wheel which is used in particular as the second stage in a multi-stage axial fan and which is improved in terms of flow acoustics.
  • the specific sound power level of the blade repetition frequency should be reduced.
  • a fan wheel of an axial fan is proposed with a predetermined direction of rotation about a rotation axis when used as intended.
  • the impeller includes a hub and a plurality of impeller blades each extending along the hub in the axial and circumferential directions and each having an upstream blade leading edge and a downstream blade trailing edge connected by a blade tip. From the hub to the blade tip, the leading edge of the blade has a continuous, double-crescent-curved course counter to the direction of rotation, with the double-crescent-curved continuous course being determined by a crescent axially along the axis of rotation and a crescent in the circumferential direction counter to the direction of rotation.
  • the double crescent-shaped curve is achieved by the axial pivoting back and the tangential twisting in the circumferential direction of the blade leading edge and leads to the interaction of the inflowing turbulence from the axially upstream fan wheel of the first Level with the fan blades of the second stage and thus the specific sound power level of the blade repetition frequency can be reduced.
  • the special design of the blade leading edges leads to a lower vortex intensity of the inflowing air, especially in the area of the blade tips, and thus to a noise level reduction of the inherent blade repetition frequency of the fan wheel of the second stage.
  • the double crescent-shaped, continuous course of the blade front edge from the hub to the blade tip is formed in an arc with constant rounding.
  • the fan wheel provides for the blade rear edges to be specially designed in addition to the blade front edges.
  • An embodiment is advantageous in which the trailing edge of the blade, starting from the hub, has a continuous course curved in a double crescent-shaped manner counter to the direction of rotation, the course of the trailing edge of the blade curved in a double crescent-shaped manner by a crescent axially along the axis of rotation and a crescent in the circumferential direction counter to the direction of rotation is determined.
  • the corresponding crescent shape is therefore realized both at the front edge of the blade and at the rear edge of the blade.
  • a particularly advantageous exemplary embodiment of the fan wheel is characterized in that a chord along the trailing edge of the blade from the hub to the tip of the blade has an S-shaped course in a plan view of the trailing edge of the blade.
  • the fan impeller is further characterized in that an S-shape of the S-shaped course is formed by two opposing belly sections and a belly section of the S-shaped course that is closer to the hub is longer in the radial direction than one closer to the Shovel tip abdominal section of the S-shaped course.
  • the fan wheel forms a hub diffuser on the outflow side of the hub, which axially adjoins an area of the hub in which the fan wheel blades of the fan wheel are formed, so that the hub diffuser is bladeless, i.e. free of fan wheel blades .
  • the hub diffuser can be used to delay the flow velocity at the downstream end and behind the impeller. This is done by gradually reducing the hub diameter and the associated increase in the free flow cross section in a flow channel in which the fan wheel is arranged. It is crucial that the hub diffuser is unaffected by the impeller blades. This is achieved in that the impeller blades end axially in front of the hub diffuser, so that a hub diffuser wall surface facing the flow channel is formed without impeller blades and only the tapering cross-section of the hub diffuser wall surface acts on the downstream flow.
  • FIGS. 1 - 4 show an embodiment of the fan wheel 1 in different views.
  • Like reference characters identify like parts throughout the several views.
  • the fan wheel 1 comprises a hollow-cylindrical hub 14 , starting from the outer wall surface of which the fan wheel blades 16 extend radially outwards.
  • the fan wheel blades 16 are connected to the hub 14 over an axial length parallel to the axis of rotation and tangentially to the hub 14 over an extension in the circumferential direction UR.
  • the fan wheel blades 16 are each of identical design and have the inflow-side blade leading edge 15 on the inflow side ANS and the outflow-side blade trailing edge 17 on the outflow side ABS, which are connected to one another by the blade tip 18 at the radially outer free end of the fan wheel blades 16.
  • the blade leading edges 15 have a continuous, double crescent-shaped curve counter to the direction of rotation RO, which is determined by the crescent axially along the axis of rotation RA and the crescent in the circumferential direction UR counter to the direction of rotation RO.
  • This double crescent-shaped curve of the blade leading edges 15 is particularly popular figure 2 and 3 to recognize.
  • the blade leading edges 15 run from the hub 14 to the blade tip 18 in an arc with constant rounding, as is well illustrated in FIGS figures 1 and 3-4 can be seen.
  • the blade leading edges 15 extend axially retracting from the axial edge 53 of the hub 14 and twisted tangentially in the circumferential direction UR.
  • the blade trailing edges 17 also have a continuous, double crescent-shaped curve counter to the direction of rotation RO, which is determined by a crescent axially along the axis of rotation RA and a crescent in the circumferential direction UR counter to the direction of rotation RO, as shown in figure 1 is easy to see.
  • an arc with several different curves is formed in each case.
  • the embodiment shown relates to a solution in which the chord of the fan impeller blades 16 along the blade trailing edges 17 from the hub 14 to the blade tip 18 define an S-shaped course 99 which is formed by the two opposing curved belly sections 96, 97 of the S-shape.
  • the belly section 96 of the S-shaped course 99 which is closer to the hub 14, is longer, viewed in the radial direction, than the belly section 97, which is closer to the blade tip 18.
  • the fan wheel blades 16 are parallel to the blade tip in the belly section 97 over an extent 18 is concavely sunk towards the inflow side ANS, as is shown schematically by the indentation 98.
  • the fan blade 16 protrudes convexly in the opposite direction to the outflow side ABS.
  • the S-shaped profile 99 of the blade rear edge 17 of the fan wheel blades 16 continuously transitions into the continuous profile of the blade front edges 15 curved in a double crescent shape.
  • the convex-concave depressions end at a distance from the respective blade leading edge 15 .
  • the fan wheel 2 comprises the conical hub diffuser 26 on the outflow side on the hub 14 .
  • FIG 5 is an axial fan 100 with the fan wheel 1 from the Figures 1-4 shown.
  • the axial fan 100 comprises a three-part, nested housing 2, in which the first fan wheel 4, the fixed, non-rotatable web arrangement 6 and the fan wheel 1 are accommodated, viewed axially in a row in the direction of flow S, and together the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA of the Determine fan wheels 4, 1.
  • the two fan wheels 4, 1 generate the axial flow AS through the flow channel 3, with the proportion of the axial flow AS generated by the first fan wheel 4 initially flowing against the web arrangement 6 and then being carried on by the fan wheel 1.
  • the non-rotatable web arrangement 6 is formed by the ring part 10 and comprises a plurality of radial webs 7.
  • the ring part 10 is designed in one piece with the ring element 11, which forms part of the housing 2, an axle-central motor mount 12 with an outer ring 12 and two hollow-cylindrical axial sockets 80, 81 for fastening the motors 44, 45 on the outside and the motor bearing on the inside.
  • a plurality of recesses through which a flow can flow and reinforcing struts are distributed alternately in the circumferential direction.
  • cooling air can also get into the area of the motors 44, 45 and flow through the recesses.
  • the radial webs 7 of the web arrangement 6 extend radially between the ring element 11 and the outer ring 76 of the motor mount 12 are greater in absolute terms than the axial extent in the radially inner edge section, which is connected to the outer ring 76 of the motor mount 12 in each case.
  • the outer ring 76 is coaxial with the ring element 11.
  • Each of the radial webs 7 has the same shape and each has the leading edge and the trailing edge. Viewed from a radial plane, the leading edge is provided with a more strongly curved profile than the trailing edge.
  • the radial webs 7 extend radially through the flow channel 3 and have a curved profile. In the embodiment shown, the radial webs 7 are curved both in the circumferential direction and in the axial direction. A three-dimensional curvature of the radial webs 7 results in at least two directions. This results in flow guide surfaces 77 on the radial webs 7 along the axial flow direction S, so that these are designed to convert a swirl of the axial flow of the first fan wheel 4 generated during operation into static pressure. The remaining twist is then removed by the second fan wheel 5 with a low build-up of static pressure. In the embodiment shown, the two fan wheels 4, 5 rotate in opposite directions during operation.
  • the first fan wheel 4 has the hub 24, from which the impeller blades 14' extend radially outwards.
  • the fan wheel 1 following axially in the direction of flow has the hub 14 from which the impeller blades 16 extend radially outwards.
  • the hubs 24, 14 each run parallel to the motor mount 12 in the axial plane AE and thus form a radially inner wall surface of the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA.
  • An interruption is provided between the hubs 24, 14 and the outer ring 76 of the motor mount 12, so that air can flow into the area of the axial sockets.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad (1) eines Axialventilators mit einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch vorbestimmten Rotationsrichtung (RO) um eine Rotationsachse (RA), und mit einer Nabe (14) und mehreren Lüfterradschaufeln (16), die sich jeweils entlang der Nabe (14) in axialer Richtung (AR) und in Umfangsrichtung (UR) erstrecken und die jeweils eine anströmseitige Schaufelvorderkante (15) und eine abströmseitige Schaufelhinterkante (17) aufweisen, welche durch eine Schaufelspitze (18) miteinander verbunden sind, wobei die Schaufelvorderkante (15) von der Nabe (14) bis zur Schaufelspitze (18) einen entgegen der Rotationsrichtung (RO) doppelsichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf aufweist, wobei der doppelsichelförmig gekrümmte stetige Verlauf durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse (RA) und eine Sichelung in Umfangsrichtung (UR) entgegen der Rotationsrichtung (RO) bestimmt ist.

Figure imgaf001
The invention relates to a fan wheel (1) of an axial fan with a predetermined direction of rotation (RO) about an axis of rotation (RA) when used as intended, and with a hub (14) and several fan wheel blades (16), which each extend along the hub (14) extending in the axial direction (AR) and in the circumferential direction (UR) and each having an upstream blade leading edge (15) and a downstream blade trailing edge (17), which are connected to one another by a blade tip (18), the blade leading edge (15) being separated from the The hub (14) up to the blade tip (18) has a double-crescent-curved, continuous course counter to the direction of rotation (RO), the double-crescent-curved continuous course being formed by a sickle axially along the axis of rotation (RA) and a sickle in the circumferential direction (UR) against the direction of rotation (RO) is determined.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad eines Axialventilators mit einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch vorbestimmten Rotationsrichtung um eine Rotationsachse.The invention relates to a fan wheel of an axial fan with a predetermined direction of rotation about an axis of rotation when used as intended.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lüfterrädern mit Lüfterradschaufeln bekannt, deren Geometrie strömungstechnisch an die verschiedenen Anforderungen wie Wirkungsgrad oder Geräuschentwicklung des die Lüfterräder nutzenden Ventilators angepasst ist.A large number of fan wheels with fan wheel blades are known from the prior art, the geometry of which is adapted in terms of flow technology to the various requirements such as efficiency or noise development of the fan using the fan wheels.

Eine spezielle Ausführungsvariante derartiger Axialventilatoren sind mehrstufige Axialventilatoren mit zumeist zwei in axialer Reihe angeordneten Lüfterrädern, die zusammen eine gemeinsame Axialströmung erzeugen. Die Lüfterräder können hierbei auch in gegensätzliche Richtung rotieren. Dabei ist strömungstechnisch der Übergang von dem ersten Lüfterrad zu dem zweiten Lüfterrad ein kritischer Bereich, insbesondere hinsichtlich der Akustik.A special design variant of such axial fans are multi-stage axial fans with mostly two fan wheels arranged in an axial row, which together produce a common axial flow. the Fan wheels can also rotate in the opposite direction. In terms of flow, the transition from the first fan wheel to the second fan wheel is a critical area, in particular with regard to acoustics.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad bereitzustellen, das insbesondere bei einem mehrstufigen Axialventilator als zweite Stufe eingesetzt wird und hinsichtlich der Strömungsakustik verbessert ist. Dabei soll insbesondere der spezifische Schallleistungspegel der Blattwiederholfrequenz reduziert werden.The invention is therefore based on the object of providing a fan wheel which is used in particular as the second stage in a multi-stage axial fan and which is improved in terms of flow acoustics. In particular, the specific sound power level of the blade repetition frequency should be reduced.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein Lüfterrad eines Axialventilators mit einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch vorbestimmten Rotationsrichtung um eine Rotationsachse vorgeschlagen. Das Lüfterrad umfasst eine Nabe und mehrere Lüfterradschaufeln, die sich jeweils entlang der Nabe in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstrecken und die jeweils eine anströmseitige Schaufelvorderkante und eine abströmseitige Schaufelhinterkante aufweisen, welche durch eine Schaufelspitze miteinander verbunden sind. Die Schaufelvorderkante weist von der Nabe bis zur Schaufelspitze einen entgegen der Rotationsrichtung doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf auf, wobei der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse und eine Sichelung in Umfangsrichtung entgegen der Rotationsrichtung bestimmt ist.According to the invention, a fan wheel of an axial fan is proposed with a predetermined direction of rotation about a rotation axis when used as intended. The impeller includes a hub and a plurality of impeller blades each extending along the hub in the axial and circumferential directions and each having an upstream blade leading edge and a downstream blade trailing edge connected by a blade tip. From the hub to the blade tip, the leading edge of the blade has a continuous, double-crescent-curved course counter to the direction of rotation, with the double-crescent-curved continuous course being determined by a crescent axially along the axis of rotation and a crescent in the circumferential direction counter to the direction of rotation.

Der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf wird durch das axiale Zurückschwenken und die tangentiale Verdrehung in Umfangsrichtung der Schaufelvorderkante erreicht und führt dazu, dass die Interaktion der einströmenden Turbulenz aus dem axial vorgeschalteten Lüfterrad der ersten Stufe mit den Lüfterradschaufeln der zweiten Stufe und mithin der spezifische Schallleistungspegel der Blattwiederholfrequenz reduziert werden.The double crescent-shaped curve is achieved by the axial pivoting back and the tangential twisting in the circumferential direction of the blade leading edge and leads to the interaction of the inflowing turbulence from the axially upstream fan wheel of the first Level with the fan blades of the second stage and thus the specific sound power level of the blade repetition frequency can be reduced.

Die spezielle Gestaltung der Schaufelvorderkanten führt besonders im Bereich der Schaufelspitzen zu einer geringeren Wirbelintensität der anströmenden Luft und somit zu einer geräuschlichen Pegelreduktion der inhärenten Schaufelwiederholungsfrequenz des Lüfterrads der zweiten Stufe.The special design of the blade leading edges leads to a lower vortex intensity of the inflowing air, especially in the area of the blade tips, and thus to a noise level reduction of the inherent blade repetition frequency of the fan wheel of the second stage.

Bei einer strömungstechnisch günstigen Ausführung des Lüfterrads ist zudem vorgesehen, dass der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf der Schaufelvorderkante von der Nabe zur Schaufelspitze in einem Bogen mit konstanter Rundung gebildet ist.In an embodiment of the fan wheel that is favorable in terms of flow, it is also provided that the double crescent-shaped, continuous course of the blade front edge from the hub to the blade tip is formed in an arc with constant rounding.

Ferner sieht eine Weiterbildung des Lüfterrads vor, neben den Schaufelvorderkanten auch die Schaufelhinterkanten speziell zu gestalten. Dabei ist eine Ausführung vorteilhaft, bei der die Schaufelhinterkante ausgehend von der Nabe einen entgegen der Rotationsrichtung doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf aufweist, wobei der doppel-sichelförmig gekrümmte Verlauf der Schaufelhinterkante durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse und eine Sichelung in Umfangsrichtung entgegen der Rotationsrichtung bestimmt ist. Die entsprechende Sichelung wird mithin sowohl bei den Schaufelvorderkante als auch den Schaufelhinterkanten realisiert.Furthermore, a further development of the fan wheel provides for the blade rear edges to be specially designed in addition to the blade front edges. An embodiment is advantageous in which the trailing edge of the blade, starting from the hub, has a continuous course curved in a double crescent-shaped manner counter to the direction of rotation, the course of the trailing edge of the blade curved in a double crescent-shaped manner by a crescent axially along the axis of rotation and a crescent in the circumferential direction counter to the direction of rotation is determined. The corresponding crescent shape is therefore realized both at the front edge of the blade and at the rear edge of the blade.

Jedoch ist in Abwandlung zur Schaufelvorderkante bei der Schaufelhinterkante günstig, wenn der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf der Schaufelhinterkante von der Nabe zur Schaufelspitze in einem Bogen mit mehreren unterschiedlichen Rundungen gebildet ist.However, as a modification to the blade front edge, it is favorable for the blade rear edge if the double crescent-shaped, continuous course of the blade rear edge from the hub to the blade tip is formed in an arc with several different curves.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Lüfterrads ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass eine Sehne entlang der Schaufelhinterkante von der Nabe zur Schaufelspitze in einer Draufsicht auf die Schaufelhinterkante einen S-förmigen Verlauf aufweist.A particularly advantageous exemplary embodiment of the fan wheel is characterized in that a chord along the trailing edge of the blade from the hub to the tip of the blade has an S-shaped course in a plan view of the trailing edge of the blade.

Ferner ist günstig, wenn der S-förmige Verlauf der Schaufelhinterkante der Lüfterradschaufeln kontinuierlich in den doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf der Schaufelvorderkante übergeht.Furthermore, it is favorable if the S-shaped profile of the blade rear edge of the fan wheel blades merges continuously into the continuous profile of the blade front edge curved in a double crescent shape.

Das Lüfterrad ist in einer Ausführung ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine S-Form des S-förmigen Verlaufs durch zwei gegenläufige Bauchabschnitte gebildet ist und ein näher an der Nabe liegender Bauchabschnitt des S-förmigen Verlaufs in Radialrichtung gesehen länger ausgebildet ist als ein näher an der Schaufelspitze liegender Bauchabschnitt des S-förmigen Verlaufs.In one embodiment, the fan impeller is further characterized in that an S-shape of the S-shaped course is formed by two opposing belly sections and a belly section of the S-shaped course that is closer to the hub is longer in the radial direction than one closer to the Shovel tip abdominal section of the S-shaped course.

Bei einer Weiterbildung des Lüfterrads ist zudem vorgesehen, dass das Lüfterrad abtrömseitig an der Nabe einen Nabendiffusor ausbildet, der sich axial an einen Bereich der Nabe anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln des Lüfterrads ausgebildet sind, so dass der Nabendiffusor schaufellos, d.h. frei von Lüfterradschaufeln ist. Mithilfe des Nabendiffusors kann die Durchflussgeschwindigkeit am abströmseitigen Ende und hinter dem Lüfterrad verzögert werden. Dies erfolgt durch allmähliches Verkleinern des Nabendurchmessers und die damit einhergehende Vergrößerung des freien Durchflussquerschnittes in einem Strömungskanal, in dem das Lüfterrad angeordnet wird. Entscheidend ist, dass der Nabendiffusor unbeeinflusst von den Laufradschaufeln ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Laufradschaufeln axial vor dem Nabendiffusor enden, so dass eine zum Strömungskanal weisende Nabendiffusorwandfläche ohne Laufradschaufeln ausgebildet ist und nur der sich verjüngende Querschnitt der Nabendiffusorwandfläche auf die abströmseitige Strömung wirkt.In a further development of the fan wheel, it is also provided that the fan wheel forms a hub diffuser on the outflow side of the hub, which axially adjoins an area of the hub in which the fan wheel blades of the fan wheel are formed, so that the hub diffuser is bladeless, i.e. free of fan wheel blades . The hub diffuser can be used to delay the flow velocity at the downstream end and behind the impeller. This is done by gradually reducing the hub diameter and the associated increase in the free flow cross section in a flow channel in which the fan wheel is arranged. It is crucial that the hub diffuser is unaffected by the impeller blades. This is achieved in that the impeller blades end axially in front of the hub diffuser, so that a hub diffuser wall surface facing the flow channel is formed without impeller blades and only the tapering cross-section of the hub diffuser wall surface acts on the downstream flow.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht eine Lüfterrads;
Fig. 2
eine Seitenansicht des Lüfterrads aus Figur 1;
Fig. 3
eine Draufsicht auf die Abströmseite des Lüfterrads aus Figur 1;
Fig. 4
eine Draufsicht auf die Anströmseite des Lüfterrads aus Figur 1;
Fig. 5
eine Schnittansicht eines zweistufigen Axiallüfters mit dem Lüfterrads aus Figur 1 als zweite Stufe;
Other advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
1
a perspective view of a fan wheel;
2
a side view of the fan wheel figure 1 ;
3
a plan view of the outflow side of the fan wheel figure 1 ;
4
a plan view of the inflow side of the fan wheel figure 1 ;
figure 5
Figure 12 shows a sectional view of a two-stage axial flow fan with the impeller figure 1 as a second stage;

Die Figuren 1 - 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Lüfterrads 1 in verschiedenen Ansichten. Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.the Figures 1 - 4 show an embodiment of the fan wheel 1 in different views. Like reference characters identify like parts throughout the several views.

Das Lüfterrad 1 umfasst eine hohlzylindrische Nabe 14 von deren Außenwandfläche ausgehend sich die Lüfterradschaufeln 16 radial auswärts erstrecken. Die Lüfterradschaufeln 16 sind über eine axiale Länge parallel zur Rotationsachse und tangential zur Nabe 14 über eine Erstreckung in Umfangsrichtung UR an der Nabe 14 angebunden. Die Lüfterradschaufeln 16 sind jeweils identisch ausgebildet und weisen auf der Anströmseite ANS die anströmseitige Schaufelvorderkante 15 und auf der Abströmseite ABS die abströmseitige Schaufelhinterkante 17 auf, welche durch die Schaufelspitze 18 am radial äußeren freien Ende der Lüfterradschaufeln 16 miteinander verbunden sind.The fan wheel 1 comprises a hollow-cylindrical hub 14 , starting from the outer wall surface of which the fan wheel blades 16 extend radially outwards. The fan wheel blades 16 are connected to the hub 14 over an axial length parallel to the axis of rotation and tangentially to the hub 14 over an extension in the circumferential direction UR. The fan wheel blades 16 are each of identical design and have the inflow-side blade leading edge 15 on the inflow side ANS and the outflow-side blade trailing edge 17 on the outflow side ABS, which are connected to one another by the blade tip 18 at the radially outer free end of the fan wheel blades 16.

Die Schaufelvorderkanten 15 weisen ausgehend von der Nabe 14 bis zur Schaufelspitze 18 einen entgegen der Rotationsrichtung RO doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf auf, der durch die Sichelung axial entlang der Rotationsachse RA und die Sichelung in Umfangsrichtung UR entgegen der Rotationsrichtung RO bestimmt ist. Dieser doppel-sichelförmig gekrümmt stetige Verlauf der Schaufelvorderkanten 15 ist besonders gut in Figur 2 und 3 zu erkennen. Dabei verlaufen die Schaufelvorderkanten 15 von der Nabe 14 zur Schaufelspitze 18 in einem Bogen mit konstanter Rundung, wie es gut in den Figuren 1 sowie 3-4 zu erkennen ist. Die Schaufelvorderkanten 15 erstrecken sich axial von dem Axialrand 53 der Nabe 14 zurückziehend und tangential in Umfangsrichtung UR verdreht.Starting from the hub 14 to the blade tip 18, the blade leading edges 15 have a continuous, double crescent-shaped curve counter to the direction of rotation RO, which is determined by the crescent axially along the axis of rotation RA and the crescent in the circumferential direction UR counter to the direction of rotation RO. This double crescent-shaped curve of the blade leading edges 15 is particularly popular figure 2 and 3 to recognize. The blade leading edges 15 run from the hub 14 to the blade tip 18 in an arc with constant rounding, as is well illustrated in FIGS figures 1 and 3-4 can be seen. The blade leading edges 15 extend axially retracting from the axial edge 53 of the hub 14 and twisted tangentially in the circumferential direction UR.

Die Schaufelhinterkanten 17 weisen ausgehend von der Nabe 14 ebenfalls einen entgegen der Rotationsrichtung RO doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf auf, der durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse RA und eine Sichelung in Umfangsrichtung UR entgegen der Rotationsrichtung RO bestimmt ist, wie es in Figur 1 gut zu erkennen ist. Dabei ist ausgehend von der Nabe 14 zur Schaufelspitze 18 jeweils ein Bogen mit mehreren unterschiedlichen Rundungen gebildet. Die gezeigte Ausführung betrifft eine Lösung, bei der die Sehne der Lüfterradschaufeln 16 entlang der Schaufelhinterkanten 17 von der Nabe 14 zur Schaufelspitze 18 einen S-förmigen Verlauf 99 bestimmen, der durch die zwei gegenläufigen bogenförmigen Bauchabschnitte 96, 97 der S-Form gebildet ist. Bezugnehmend auf die Figuren 1, 3 und 4 ist klar ersichtlich, dass der näher an der Nabe 14 liegende Bauchabschnitt 96 des S-förmigen Verlaufs 99 in Radialrichtung gesehen länger ausgebildet ist als der näher an der Schaufelspitze 18 liegende Bauchabschnitt 97. Die Lüfterradschaufeln 16 sind im Bauchabschnitt 97 über eine Erstreckung parallel zur Schaufelspitze 18 zur Anströmseite ANS hin konkav eingesenkt ausgebildet, wie es durch die Einsenkung 98 schematisch dargestellt ist, im Bauchabschnitt 98 steht die Lüfterradschaufel 16 in die Gegenrichtung zur Abströmseite ABS gerichtet konvex hervor. Der S-förmige Verlauf 99 der Schaufelhinterkante 17 der Lüfterradschaufeln 16 geht dabei kontinuierlich in den doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf der Schaufelvorderkanten 15 über. Die konvex-konkaven Einsenkungen enden von der jeweiligen Schaufelvorderkante 15 beabstandet.Starting from the hub 14, the blade trailing edges 17 also have a continuous, double crescent-shaped curve counter to the direction of rotation RO, which is determined by a crescent axially along the axis of rotation RA and a crescent in the circumferential direction UR counter to the direction of rotation RO, as shown in figure 1 is easy to see. Starting from the hub 14 to the blade tip 18, an arc with several different curves is formed in each case. The embodiment shown relates to a solution in which the chord of the fan impeller blades 16 along the blade trailing edges 17 from the hub 14 to the blade tip 18 define an S-shaped course 99 which is formed by the two opposing curved belly sections 96, 97 of the S-shape. Referring to the figures 1 , 3 and 4 it is clearly evident that the belly section 96 of the S-shaped course 99, which is closer to the hub 14, is longer, viewed in the radial direction, than the belly section 97, which is closer to the blade tip 18. The fan wheel blades 16 are parallel to the blade tip in the belly section 97 over an extent 18 is concavely sunk towards the inflow side ANS, as is shown schematically by the indentation 98. In the belly section 98, the fan blade 16 protrudes convexly in the opposite direction to the outflow side ABS. The S-shaped profile 99 of the blade rear edge 17 of the fan wheel blades 16 continuously transitions into the continuous profile of the blade front edges 15 curved in a double crescent shape. The convex-concave depressions end at a distance from the respective blade leading edge 15 .

Das Lüfterrad 2 umfasst abtrömseitig an der Nabe 14 den konisch zulaufende Nabendiffusor 26. Dieser Nabendiffusor 26 schließt sich axial an die Lüfterradschaufeln 16 an, so dass der Nabendiffusor 26 schaufellos ist und frei überströmt werden kann.The fan wheel 2 comprises the conical hub diffuser 26 on the outflow side on the hub 14 .

Bezugnehmend auf Figur 5 ist ein Axiallüfter 100 mit dem Lüfterrad 1 aus den Figuren 1-4 gezeigt.Referring to figure 5 is an axial fan 100 with the fan wheel 1 from the Figures 1-4 shown.

Der Axiallüfter 100 umfasst ein dreiteiliges, ineinander gestecktes Gehäuse 2, in dem axial in Reihe in Strömungsrichtung S gesehen das erste Lüfterrad 4, die feststehende, nicht-rotierbare Steganordnung 6 und das Lüfterrad 1 aufgenommen sind und zusammen den Strömungskanal 3 parallel zur Rotationsachse RA der Lüfterräder 4, 1 bestimmen. Die beiden Lüfterräder 4, 1 erzeugen die Axialströmung AS durch den Strömungskanal 3, wobei der Anteil der Axialströmung AS, der durch das erste Lüfterrad 4 erzeugt wird, zunächst gegen die Steganordnung 6 strömt und anschließend von dem Lüfterrad 1 weitergeführt führt. Die nicht-rotierbare Steganordnung 6 ist durch das Ringteil 10 gebildet und umfasst eine Mehrzahl von Radialstegen 7.The axial fan 100 comprises a three-part, nested housing 2, in which the first fan wheel 4, the fixed, non-rotatable web arrangement 6 and the fan wheel 1 are accommodated, viewed axially in a row in the direction of flow S, and together the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA of the Determine fan wheels 4, 1. The two fan wheels 4, 1 generate the axial flow AS through the flow channel 3, with the proportion of the axial flow AS generated by the first fan wheel 4 initially flowing against the web arrangement 6 and then being carried on by the fan wheel 1. The non-rotatable web arrangement 6 is formed by the ring part 10 and comprises a plurality of radial webs 7.

Das Ringteil 10 ist einstückig ausgebildet mit dem Ringelement 11, das einen Teil des Gehäuses 2 bildet, einer achszentralen Motorhalterung 12 mit einem Außenring 12 und zwei hohlzylindrischen Axialstutzen 80, 81 zur befestigenden außenseitigen Aufnahme der Motoren 44, 45 und innenseitigen Aufnahme der Motorlagerung. Zwischen den Axialstutzen 80, 81 und dem Außenring 12 sind in Umfangsrichtung abwechselnd verteilt mehrere durchströmbare Ausnehmungen und Versteifungsstreben vorgesehen. Somit kann Kühlluft auch in den Bereich der Motoren 44, 45 gelangen und die Ausnehmungen durchströmen. Die Radialstege 7 der Steganordnung 6 erstrecken sich radial zwischen dem Ringelement 11 und dem Außenring 76 der Motorhalterung 12. Dabei ist die Axialerstreckung der Radialstege 7 in ihrem radial außen liegenden Randabschnitt, in dem sie an dem Ringelement 11 angeschlossen sind betragsmäßig größer als die Axialerstreckung im radial innen liegenden Randabschnitt, der jeweils an dem Außenring 76 der Motorhalterung 12 angeschlossen ist. Der Außenring 76 ist koaxial zum Ringelement 11.The ring part 10 is designed in one piece with the ring element 11, which forms part of the housing 2, an axle-central motor mount 12 with an outer ring 12 and two hollow-cylindrical axial sockets 80, 81 for fastening the motors 44, 45 on the outside and the motor bearing on the inside. Between the axial sockets 80, 81 and the outer ring 12, a plurality of recesses through which a flow can flow and reinforcing struts are distributed alternately in the circumferential direction. Thus, cooling air can also get into the area of the motors 44, 45 and flow through the recesses. The radial webs 7 of the web arrangement 6 extend radially between the ring element 11 and the outer ring 76 of the motor mount 12 are greater in absolute terms than the axial extent in the radially inner edge section, which is connected to the outer ring 76 of the motor mount 12 in each case. The outer ring 76 is coaxial with the ring element 11.

Jeder der Radialstege 7 ist gleich geformt und weist jeweils die Anströmkante und die Abströmkante auf. Die Anströmkante ist gegenüber einer Radialebene gesehen mit einem stärker gekrümmten Verlauf versehen als die Abströmkante. Die Radialstege 7 erstrecken sich radial durch den Strömungskanal 3 und haben eine gekrümmte Profilierung. In der gezeigten Ausführung sind die Radialstege 7 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung gekrümmt geformt. Es ergibt sich eine dreidimensionale Krümmung der Radialstege 7 in mindestens zwei Richtungen. Daraus ergeben sich Strömungsleitflächen 77 an den Radialstegen 7 entlang der axialen Strömungsrichtung S, so dass diese ausgebildet sind, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads 4 in statischen Druck zu überführen. Der restliche Drall wird anschließend von dem zweiten Lüfterrad 5 bei einem geringen Aufbau statischen Druckes entnommen. In der gezeigten Ausführung rotieren die beiden Lüfterräder 4, 5 im Betrieb gegenläufig.Each of the radial webs 7 has the same shape and each has the leading edge and the trailing edge. Viewed from a radial plane, the leading edge is provided with a more strongly curved profile than the trailing edge. The radial webs 7 extend radially through the flow channel 3 and have a curved profile. In the embodiment shown, the radial webs 7 are curved both in the circumferential direction and in the axial direction. A three-dimensional curvature of the radial webs 7 results in at least two directions. This results in flow guide surfaces 77 on the radial webs 7 along the axial flow direction S, so that these are designed to convert a swirl of the axial flow of the first fan wheel 4 generated during operation into static pressure. The remaining twist is then removed by the second fan wheel 5 with a low build-up of static pressure. In the embodiment shown, the two fan wheels 4, 5 rotate in opposite directions during operation.

Das erste Lüfterrad 4 weist die Nabe 24 auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 14' nach radial außen erstrecken. Das axial in Strömungsrichtung nachfolgende Lüfterrad 1 weist die Nabe 14 auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 16 nach radial außen erstrecken. Die Naben 24, 14 verlaufen mit der Motorhalterung 12 jeweils parallel in der Axialebene AE und bilden somit eine radial innen liegende Wandfläche des Strömungskanals 3 parallel zur Rotationsachse RA. Zwischen den Naben 24, 14 und dem Außenring 76 der Motorhalterung 12 ist jeweils eine Unterbrechung vorgesehen, so dass Luft in den Bereich der Axialstutzen strömen kann. Zudem ist vorgesehen, dass das erste Lüfterrad 4 Laufradschaufeln 14' mit einer größeren Axialerstreckung als das Lüfterrad 1 aufweist.The first fan wheel 4 has the hub 24, from which the impeller blades 14' extend radially outwards. The fan wheel 1 following axially in the direction of flow has the hub 14 from which the impeller blades 16 extend radially outwards. The hubs 24, 14 each run parallel to the motor mount 12 in the axial plane AE and thus form a radially inner wall surface of the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA. An interruption is provided between the hubs 24, 14 and the outer ring 76 of the motor mount 12, so that air can flow into the area of the axial sockets. In addition, it is provided that the first fan wheel 4 impeller blades 14 'with a greater axial extent than the fan wheel 1 has.

Claims (9)

Lüfterrad (1) eines Axialventilators mit einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch vorbestimmten Rotationsrichtung (RO) um eine Rotationsachse (RA), und mit einer Nabe (14) und mehreren Lüfterradschaufeln (16), die sich jeweils entlang der Nabe (14) in axialer Richtung (AR) und in Umfangsrichtung (UR) erstrecken und die jeweils eine anströmseitige Schaufelvorderkante (15) und eine abströmseitige Schaufelhinterkante (17) aufweisen, welche durch eine Schaufelspitze (18) miteinander verbunden sind, wobei die Schaufelvorderkante (15) von der Nabe (14) bis zur Schaufelspitze (18) einen entgegen der Rotationsrichtung (RO) doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf aufweist, wobei der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse (RA) und eine Sichelung in Umfangsrichtung (UR) entgegen der Rotationsrichtung (RO) bestimmt ist.Fan wheel (1) of an axial fan with a predetermined direction of rotation (RO) about an axis of rotation (RA) when used as intended, and with a hub (14) and a plurality of fan wheel blades (16), each of which extends along the hub (14) in the axial direction ( AR) and in the circumferential direction (UR) and which each have an upstream blade leading edge (15) and a downstream blade trailing edge (17), which are connected to one another by a blade tip (18), the blade leading edge (15) being separated from the hub (14) up to the blade tip (18) has a continuous, double crescent-shaped curve counter to the direction of rotation (RO), the double crescent-shaped continuous curve being formed by a crescent axially along the axis of rotation (RA) and a crescent in the circumferential direction (UR) counter to the direction of rotation (RO) is determined. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf der Schaufelvorderkante (15) von der Nabe (14) zur Schaufelspitze (18) in einem Bogen mit konstanter Rundung gebildet ist.Fan wheel according to Claim 1, characterized in that the double crescent-shaped, continuous course of the blade front edge (15) from the hub (14) to the blade tip (18) is formed in an arc with constant rounding. Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhinterkante (17) ausgehend von der Nabe (14) einen entgegen der Rotationsrichtung (RO) doppel-sichelförmig gekrümmten stetigen Verlauf aufweist, wobei der doppel-sichelförmig gekrümmte Verlauf der Schaufelhinterkante (17) durch eine Sichelung axial entlang der Rotationsachse (RA) und eine Sichelung in Umfangsrichtung (UR) entgegen der Rotationsrichtung (RO) bestimmt ist.Fan wheel according to Claim 1 or 2, characterized in that the trailing edge (17) of the blade, starting from the hub (14), has a continuous course curved in a double crescent shape counter to the direction of rotation (RO), the course of the trailing edge (17) curved in a double crescent shape is determined by a sickle axially along the axis of rotation (RA) and a sickle in the circumferential direction (UR) against the direction of rotation (RO). Lüfterrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf der Schaufelhinterkante (17) von der Nabe (14) zur Schaufelspitze (18) in einem Bogen mit mehreren unterschiedlichen Rundungen gebildet ist.Fan impeller according to Claim 3, characterized in that the double crescent-shaped, continuous course of the blade trailing edge (17) is formed from the hub (14) to the blade tip (18) in an arc with several different curves. Lüfterrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sehne entlang der Schaufelhinterkante (17) von der Nabe (14) zur Schaufelspitze (18) in einer Draufsicht auf die Schaufelhinterkante (17) einen S-förmigen Verlauf (99) aufweist.Fan wheel according to one of the preceding claims, characterized in that a chord along the blade trailing edge (17) from the hub (14) to the blade tip (18) has an S-shaped profile (99) in a plan view of the blade trailing edge (17). Lüfterrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der S-förmige Verlauf (99) der Schaufelhinterkante (17) der Lüfterradschaufeln kontinuierlich in den doppel-sichelförmig gekrümmte stetige Verlauf der Schaufelvorderkante (15) übergeht.Fan wheel according to the preceding claim, characterized in that the S-shaped course (99) of the blade rear edge (17) of the fan wheel blades merges continuously into the double crescent-shaped curve of the blade front edge (15). Lüfterrad nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine S-Form des S-förmigen Verlaufs (99) durch zwei gegenläufig bogenförmige Bauchabschnitte (96, 97) gebildet ist und ein näher an der Nabe (14) liegender Bauchabschnitt (96) des S-förmigen Verlaufs (99) in Radialrichtung gesehen länger ausgebildet ist als ein näher an der Schaufelspitze (18) liegender Bauchabschnitt (97) des S-förmigen VerlaufsFan wheel according to Claim 5 or 6, characterized in that an S-shape of the S-shaped course (99) is formed by two oppositely arcuate belly sections (96, 97) and a belly section (96) lying closer to the hub (14) of the S-shaped profile (99) is longer than a belly section (97) of the S-shaped profile that is closer to the blade tip (18) when viewed in the radial direction Lüfterrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (1) abtrömseitig an der Nabe (14) einen Nabendiffusor (26) ausbildet, der sich axial an einen Bereich der Nabe (14) anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln (16) des Lüfterrads (1) ausgebildet sind, so dass der Nabendiffusor (26) frei von Lüfterradschaufeln (16) ist.Fan wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the fan wheel (1) forms a hub diffuser (26) on the outflow side on the hub (14), which axially adjoins a region of the hub (14) in which the fan wheel blades (16) of the fan wheel (1) are formed so that the hub diffuser (26) is free of fan wheel blades (16). Axiallüfter (100) mit einem einen Strömungskanal (3) bildenden Gehäuse (2) und einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen, um eine Rotationsachse (RA) rotierbaren ersten Lüfterrad (4) und einem Lüfterrad (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Lüfterrad (4) axial in Reihe zu dem Lüfterrad (1) angeordnet ist und die Lüfterräder (4, 1) im Betrieb eine Axialströmung (AS) durch den Strömungskanal (3) erzeugen.Axial fan (100) with a housing (2) forming a flow channel (3) and a first fan wheel (4) which is accommodated in the housing (2) and can be rotated about an axis of rotation (RA) and a fan wheel (1) according to one of the preceding claims, where the first fan wheel (4) is arranged axially in series with the fan wheel (1) and the fan wheels (4, 1) generate an axial flow (AS) through the flow channel (3) during operation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE758095C (en) * 1938-12-29 1953-01-19 Aeg Impeller, especially for table or wall fans with broad blades
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