Ersterscheinung 20.3.2003
von J. Peter Apel

Die Radialschaufel

Anwendung der neuen Aerokinetik für das Radialgebläse
Application of the new aerokinetics for the radial blower

Radial arbeitende Gebläse fördern die Luft, wie der Name aussagt, in radialer Richtung nach außen. Aerokinetisch geschieht auch hier das Bewegen der Luft mittels Flächen in deren Senkrechten.

Die Gesamtsituation ist so: Luft strömt aus einem Rohr gegen eine Platte (Rückwand des Schaufelrades) und auf dieser radial in alle Richtungen nach außen. In dieser Form ist die Umlenkung einer Strömung als widerstandsarm bekannt. In dem kreisförmigen Bereich des radialen Abfließens an der Schaufelplattenrückwand wird der Luft Energie als Anschub mittels der Schaufelflächen zugeführt. Diese bewegen sich in einer Kreisbahn durch die radial nach außen fließende Luft und sind Verursacher der Strömung.

Der Querschnitt der Strömung in absoluter Richtung nach außen kann durch entsprechende Schaufelbreiten (in der Tiefe der Zeichnungsebene) trotz Durchmesservergrößerung konstant gehalten werden.

In der Fliegersprache entspricht die Kreisbahn der Schaufelflächen permanentem Flug in einem Looping. Die Flugzeugflügel fördern dabei genau so wie die Gebläseschaufeln Luft radial nach außen, die dann von seitlich in Richtung Loop-Achse zufließen muß.

Die aerokinetische Wirkung an einer Radialschaufel beginnt, wenn die Fläche der Schaufel eine Anstellung gegenüber ihrer Bewegungsrichtung in der Kreisbahn erhält. Null Grad Anstellwinkel entspricht einem Kreisliniensegment als Schaufelprofil.

Die ebene Platte als Schaufelprofil
( Basis der Theorie )

Die Darstellung der ebenen Platte mit der Eigenschaft, daß der Anstellwinkel über die Profillänge konstant ist, ergibt für die radiale Bewegung des Profils das Teilstück einer Spirale. Die Konstruktion dieser Spirale ergibt sich aus der Bedingung, daß ihr Schnittwinkel an jeder Stelle des Profils mit einem Strahl von der Drehachse konstant ist.



Die Radial-Schaufel ist in ungewohnter Lage gezeichnet. Der Vorteil dabei ist, daß die direkte übereinstimmung mit dem aerokinetischen Vorgang am Tragflügel sichtbar wird: Schaufelbewegung horizontal in Umfangsrichtung, Luftbewegung nach `unten´ in radialer Richtung: Abstrom! Auch der Anstellwinkel zeigt sich an gewohnter Stelle.

Aerokinetisch erhält ein Luftteilchen eine Bewegung in Richtung der Senkrechten auf der Spirallinie. Diese Richtung ist an allen Punkten der Schaufelflächen gleich: Anstellwinkel nach außen gegen den Radialstrahl in Drehrichtung.
Die Beschleunigung eines Luftteilchens erfolgt im Gegensatz zur translatorischen Geradeausbewegung der Profilplatte, wo sie ruckartig nur am vordersten Punkt des Profils stattfindet, hier über den Anfangsruck am `Profileingriff´ hinausgehend auf der gesamten Profillänge. Ursache dafür ist die mit steigendem Durchmesser ebenfalls steigende Umfangsgeschwindigkeit.

Das Schaufelprofil für die Radialmaschine mit der Verwirklichung der ebenen Platte als Profil zeigt eine Krümmung nach außen. Der Einsatz stärker gewölbter Profile, die sich an der Spirallinie der ebenen Platte als gekrümmte Profilsehne ausrichten, ergibt dann eine Wölbung nach innen zur Drehachse hin.

Das Geschwindigkeitsdreieck

Da an der Radialschaufel unterschiedliche Geschwindigkeiten an der Schaufelnase und dem Schaufelende vorliegen, ist das Geschwindigkeitsdreieck für Schaufelprofilanfang und -ende unterschiedlich.
Das bedeutet unterschiedliche Geschwindigkeiten der erzeugten Strömung. Am Umfang stellt sich eine sägezahnförmige Geschwindigkeitsverteilung ein. Die am Schaufelende schnell entlassene Luft wird durch die Wirkung am Profilbeginn der nächsten Schaufel bei kleinerer Umfangsgeschwindigkeit wieder `zurück´gebremst! Leider entsteht daraus eine ausgezeichnete Wirbelquelle.

Das Geschwindigkeitsdreieck an der Radialschaufel entsteht in gleicher Weise wie das des Axialrades. Durch die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit hat es jedoch auf jedem Radius eine andere Größe.

Formeln

Die Formeln für die Axialmaschine gelten hier in gleichem Sinne.

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