Grundlagen der Ventilatorentechnik - TROX · 9.4 Radial-Ventilatoren im Rohrsystem . . .47 9.5...

Grundlagen der Ventilatorentechnik

Technische Publikationen


01/2013 – d Publikationen – 4.1 – 3 Tech

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studierte Maschinenbau an der TU Berlin. Von 1968 bis 1972 war er als Dipl.-Ing. bei der FirmaTURBON in den Bereichen Entwicklung, Messtechnik und Anlagenbau tätig.Nach fünfjähriger wissenschaftlicher Assistententätigkeit mit abschließender Promotion amInstitut für Mechanik der TU Berlin folgte die Berufung zum Hochschullehrer an der Fachhoch-schule Aachen für die Fachgebiete Strömungslehre, Strömungs maschi n en und TechnischeMechanik.

Dieser Fachartikel möchte Grundkenntnisse über die Strömungstechnik sowie Bauartenund Verhalten von Ventilatoren in der Anlage vermitteln

Prof. Dr.-Ing. Reinhard Grundmann (Jahrgang 1942)

studierte an der FH in Nürnberg Allgemeinen Maschinen bau.Er arbeitete 7 Jahre in seinem eigenen Ingenieurbüro. 1967 kam er nach Bad Hersfeld zur Schil-de AG, später Babcock-BSH AG, wo er erst als Verkaufs leiter dann als Geschäftsbereichsleiterdes Geschäftsbereichs Lufttechnik tätig war. Von 1993 bis zum Ausscheiden 1995 war er Ge-schäftsführer der TLT Zweibrücken und Bad Hersfeld.Technische Schwerpunkte seiner Arbeit waren die Aku stik von Ventilatoren und das Gebiet derEntrauchungs-Ventilatoren.

Friedrich Schönholtz (1936–2001)

Dipl.-Ing. (FH) Herbert Eidam, Bad HersfeldDipl.-Ing. Bernd Rahn, Berlin

Weitere Mitarbeiter dieses Fachartikels:

Inhaltsverzeichnis

Technische Änderungen vorbehalten



01/2013 – dPublikationen – 4.1 – 4

1. Einleitung

1.0 Formelzeichen und Maßeinheiten . . . . 31.1 Was ist ein Ventilator? . . . . . . . . . . . . . 41.2 Bauarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Strömungstechnische Grundlagen

2.1 Das strömende Medium . . . . . . . . . . . .52.2 Höhenformel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52.3 Zustandsgrößen der Strömung/

BERNOULLIsche Gleichung . . . . . . . . .52.4 Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . .62.5 Druckverlust. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62.5.1 Druckverlust durch

Reibungswiderstand . . . . . . . . . . . . . . .62.5.2 Druckverlust durch Formwiderstand . . .82.5.2.1

Stoßverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92.5.2.2

Diffusorverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92.6 Anlagenkennlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . .92.7 BERNOULLIsche Gleichung für

reale Strömung . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.8 Geschwindigkeitsverteilung im

Rohr bzw. Kanal . . . . . . . . . . . . . . . . .102.9 Druckmessung. . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3. Der Axialventilator

3.1 Aufbau und Funktion . . . . . . . . . . . . . .123.2 Geschwindigkeitsdreiecke . . . . . . . . . .123.3 Bauformen der Axialventilatoren . . . . .143.3.1 Axialventilatoren für die

Lüftungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . .143.3.1.1

Leitwerkanordnung . . . . . . . . . . . . . . .143.3.1.2

Laufradschaufeln . . . . . . . . . . . . . . . . .143.3.2 Axialventilatoren für industrielle

Anwendungen bzw.Groß-Axialventilatoren. . . . . . . . . . . . .15

3.3.2.1Axialventilator mit verstellbarenLaufschaufeln und festemNachleitwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.3.2.2Axialventilator mit verstellbarenVorleitwerk und feststehendenLaufradschaufeln . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.3.2.3Axialventilatoren mitDrehzahlregelung . . . . . . . . . . . . . . . .17

3.3.3 Luftrichtung im Ventilator . . . . . . . . . . .183.3.4 Nabenverhältnis. . . . . . . . . . . . . . . . . .183.3.5 Art des Antriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4. Der Radialventilator

4.1 Aufbau und Funktion . . . . . . . . . . . . . .204.2 Geschwindigkeitsdreiecke . . . . . . . . . .204.2.1 Rückwärts gekrümmte Schaufeln . . . .20

4.2.2 Rückwärts geneigte geradeSchaufeln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

4.2.3 Radial endende Schaufeln . . . . . . . . .204.2.4 Vorwärts gekrümmte Schaufeln . . . . .204.3 Konfiguration der Radialventilatoren . .214.3.1 Typenbezeichnungen . . . . . . . . . . . . .214.3.2 Art des Ansauges . . . . . . . . . . . . . . . .224.4 Bauformen und

Antriebsanordnungen . . . . . . . . . . . . .234.4.1 Gehäusestellungen und

Drehrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .234.5 Wichtige Sonder- und Spezial-

bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244.5.1 Freilaufende Radialventilatoren. . . . . .244.5.2 Dach-Ventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . .254.6 Staub- und Verschleißbetrieb . . . . . . .274.6.1 Förderung von Staub und

faserigem Gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274.6.2 Verschleiß an Ventilatoren . . . . . . . . .28

5. Der Ventilator in der Anlage

5.1 Anlagen- und Ventilatorkennlinie,Proportionalitätsgesetze . . . . . . . . . . .29

5.2 Dimensionslose Kenngrößen . . . . . . .325.3 Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . .335.4 Parallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . .355.5 Hintereinanderschaltung,

Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . .355.6 Druckmessung am Ventilator . . . . . . .36

6. Regelung von Ventilatoren6.1 Drosselregelung . . . . . . . . . . . . . . . . .396.2 Drehzahlregelung . . . . . . . . . . . . . . . .396.3 Schaufelverstellung . . . . . . . . . . . . . . .396.4 Drallregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

7. Auslegung des Antriebs7.1 Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .417.2 Ventilatoren mit Antrieb

über Keilriemen . . . . . . . . . . . . . . . . . .417.3 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

8. Explosionsschutz an Ventilatoren8.1 Normative Situation. . . . . . . . . . . . . . .428.2 Produktnorm Ventilatoren . . . . . . . . . .438.3 Kennzeichnungsbeispiel . . . . . . . . . . .438.4 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . .448.5 Explosionsgeschützte Ventilatoren-

bauart am Beispiel eines Radial-ventilators, direkt angetrieben . . . . . . .44

9. Einbau- und Auslegungshinweise9.1 Freiansaugender Ventilator. . . . . . . . .459.2 Freiausblasender Ventilator. . . . . . . . .459.3 Parallelbetrieb, Hintereinander-

schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .479.4 Radial-Ventilatoren im Rohrsystem . . .479.5 Einbauhinweise für

Axialventilatoren . . . . . . . . . . . . . . .48-49





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1.0 Folgende Größen sind für die Spezifikation eines Ventilators wichtig:

Zusammenstellung der neuen und alten Maßeinheiten:

oder

Umrechnungen/Beziehungena) Kraft: 1 kp � 9,81 N = 9,81 ;

1 N � 0,102 kpb) Druck: 1 mm WS � 1 kp/m2 �

9,81 Pa � 0,0981 mbar

1 Pa � 0,102 mm WS �0,102 kp/m2 � 0,01 mbar

1mbar � 100 Pa � 10,2 mm WS� 10,2 kp/m2

1 Torr = 1 mm Hg = 1,33322 mbar= 133,32 Pa

* Zwischen dem SchwungmomentGD2 und dem Massenträgheitsmo-ment J besteht die Beziehung:

GD2 = 4 g · J mit g = 9,81 J in kgm2

G in ND in m

kgms2

ms2





1.2 BauartenEin wichtiges Ziel des Ventilatoren-herstellers ist, für die anstehendeAufgabe einen Ventilator auszulegen,der einen möglichst hohen Wirkungs-grad hat um die Energiekosten desAntriebes klein zu halten. Im Wesent-lichen gibt es vier grundverschiedeneBauarten von Ventilatoren, deren Be-zeichnung sich nach dem Verlauf derFlusslinie durch das Laufrad richtet:

a) die axiale Bauart:die Flusslinie verläuft in axialer Richtung gerade durch das Laufrad

c) die halbaxiale Bauartsie liegt zwischen der axialen und radialen Bauart, die Flusslinie ver-läuft gekrümmt durch das Laufrad

b) die radiale Bauart:die Flusslinie verläuft in radialer Richtung (senkrecht zur Achse) ge-rade durch das Laufrad

d) die radiale Bauart ohne Spiralgehäuse:die Flusslinie verläuft nahezu wie bei der radialen Bauart mit Spiral-gehäuse

1. Einleitung1.1 Was ist ein Ventilator?Ein Ventilator ist eine Strömungsma-schine, die Arbeit in ein gasförmigesMedium transformiert. Die Aufgabeeines Ventilators ist ein Volumen-strom eines gasförmigen Mediums,meistens Luft durch ein System (An-lage) zu transportieren. Das Systemsetzt der Bewegung des Volumen-stroms einen Widerstand entgegen,

den der Ventilator mittels Druckauf-bau (Totaldruckerhöhung) überwin-den muss. Er stellt gewissermaßendas Herz einer jeden Anlage dar.





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2. StrömungstechnischeGrundlagen

2.1 Das strömende MediumDas strömende Medium ist gasför-mig. In der Luft- und Klimatechnik istdas Fördermedium Luft. Die Eigen-schaften werden durch die Zustands-größen und Stoff eigenschaften be-schrieben. Die wichtigsten Zustands-größen sind:Temperatur Tgemessen in K (grad Kelvin)Druck p gemessen in PaDie wichtigsten Stoffeigenschaftensind:Gaskonstante Rgemessen in Nm/kg KZähigkeit v gemessen in m2/sDichte gemessen in kg/m3

Der Zusammenhang zwischen Zu-standsgrößen und Stoffeigenschaf-ten wird durch die Gasgleichung ge-geben:

Für Luft ist die GaskonstanteR = 287 Nm/kg · KDie absolute Temperatur T beginntbei -273°C = 0 K+20°C sind also 293 KDamit ergibt sich für die Dichte derLuft bei 0°C und p = 101325 Pa(= 760 Torr):

Die Druckabhängigkeit der Dichte istbei den in der Lüftungstechnik auftre-tenden Druckdifferenzen so gering,dass man sie vernachlässigt, d.h. Luftwird als „nicht zusammendrückbar“ (= inkompressibles Medium) ange-nommen).Die Temperaturabhängigkeit der Luft-dichte ist zu berücksichtigen. Nachder Gasgleichung gilt für zwei ver-schiedene Temperaturen bei glei-chem Druck:

Mit den angegebenen BezugswertenTo = 273 K (= 0°C) und o = 1,29kg/m3 ergibt sich die Berechnungs-formel für die Luftdichte bei x°C:

Beispiel: Wie groß ist die Luftdichte bei 20°C?

Bemerkung: Diese Werte gelten für trockene Luft.Die Dichte von feuchter Luft ist stetsetwas kleiner. Dieser Einfluss ist imallgemeinen zu vernachlässigen.2.2 HöhenformelWenn der Ventilator nicht in der Näheder Meereshöhe eingebaut wird son-dern in den Bergen in einer Höhe Hbetrieben werden soll, muss die Dich-te in dieser Höhe berechnet werden.Hierfür gibt es eine internationaleVereinbarung. Man berechnet denDruck pa in der Höhe H zu:

pao ist der Druck auf Nullniveau H dieHöhe in Metern über Null.Die Dichte errechnet sich dann mitder angegebenen Temperatur nachder Gasgleichung.2.3 Zustandsgrößen der idealen

Strömung / BERNOULLIscheGleichung

Eine Strömung wird beschriebendurch die Angabe von Geschwindig-keit, statischem Druck und geodäti-scher Höhe. Das sind die Zustands-größen, die miteinander verbundensind durch die BERNOULLIsche Glei-chung.Sie besagt, dass für jeden Punkt derStrömung (bei stationärer Strö -mung*)) die Summe aus Geschwin-digkeits-, Druck- und Höhenenergiegleich ist:

mit= Dichte in kg/m3

c = mittlere Strömungsgeschwindig-keit in m/sps = statischer Druck in Pag = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2

h = geodätische Höhe in mBei Luftströmungen wird das Höhen -glied der Gleichung · g · h, d.h. das Gewicht der Luftsäule wegenGeringfügigkeit vernachlässigt. Dannwird daraus:

nennt man Geschwindigkeits -druck oder dynamischen Druck pdund die Summe aus dynamischemund statischem Druck Totaldruck pt:

*) stationäre Strömung liegt vor, wenn die Zu-standsgrößen an einer bestimmten Stellezeitlich konstant sind.

= =======� pR·T

0� 101325287·273

�

= kg/m3 = 1,29 kg/m3

��

�

0�0�1 �

1T0T1

= bzw. = T0T1

x� = 1,29 kg/m3273273 + x

� = 1,29 kg/m3 = 1,2 kg/m3273273 + 2020

pa = pao · 287 – 0,0065 · H287� � 5,255

c2 + ps + · g · h = konstant��

2

c2 + ps = konstant

�

2

pt = c2 + ps = pd + ps

�

2

�

c2

�

2





Die BERNOULLIsche Gleichung sagtin dieser Form aus, dass der Ge-samtdruck an jeder Stelle der Strö-mung gleich groß ist. Ein einfachesBeispiel soll dies verdeutlichen. (Strö-mung durch einen im Querschnitt ver-änderlichen Kanal)

2.4 KontinuitätsgleichungDie zweite zentrale Grundgleichung istdie Kontinuitätsgleichung. Sie besagt,dass an jeder Stelle im unverzweigtenSystem der Volumenstrom (bei kon-stanter Dichte) gleich groß ist.

mitV̇ = Volumenstrom in m3/sc = Strömungsgeschwindigkeit in m/sA = durchströmte Fläche in m2

2.5 DruckverlustIm Gegensatz zur idealen Strömungtreten in realen Strömungen Druck-verluste auf, die zusätzlich vom Ven-tilator in einer Anlage zu überwindensind. Man unterscheidet zwei ver-schiedene Widerstandsartena) Reibungswiderstand undb) Formwiderstand (auch Druck -

widerstand genannt)2.5.1 Druckverlust durch Reibungs -

widerstandDieser Druckverlust wird, wie schonder Name sagt, durch Reibung derströmenden Luft verursacht und be-rechnet sich wie folgt:für Kreisrohre

�p bedeutet Druckdifferenz, hier zwi-schen 2 Stellen des Rohres, die denAbstand I voneinander haben.für Kanäle beliebigen Querschnitts

mit� = Reibungsbeiwert (dimensionslos)l = Rohrlänge in md = Rohrdurchmesser in mdh = hydraulischer Druchmesser in mA = Querschnittsfläche in m2

U = benetzter Umfang in mBeispiel: a) rechteckiger Kanal mitden Seiten a und b

V̇ = A1 · c1 = A2 · c2 und c2 = c1A1A2

V̇ = c · A = konstant

ld

ldh

mit dh = 4 AU

dh = =4ab2(a + b)

2aba + b

l(a+b)2ab�pv = � pd

�pv = � · · pd

�pv = � · · pd

Bei rauhen Kanälen gilt:





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b) Kreisringrohr mit d1 und d2

�-Werte erhält man aus Diagrammen(z. B. Moody-Diagramm), sie sind ab-hängig von der Rauhigkeit der Kanal-wand und der ReynoldszahlRe = der Strömung.*Es gibt auch spezielle Diagramme, indenen die obigen Abhängigkeiten be-reits ausgewertet und jeweils auf einRohr von 1 m Länge bezogen sind.Dargestellt sind runde Rohre. Hatman z. B. rechteckige Kanäle, so be-nutzt man die gleichen Diagramme,nur mit dem entsprechenden hydrau-lischen Druchmesser dh anstelle desRohrdurchmessers d.

* ist die kinematische Zähigkeit des Fluids,für Luft von 20°C ist = 15 · 10-6

d 1 d 2

m2

s

Rohrreibungsdiagramm für Rohre (hydraulisch glatt)

dh = = d2 – d14 (d22 – d12)

� (d1 + d2)�4

�pv = � pdld2 – d1

c · d

Die Darstellung der Druckverluste prom gerades Rohr gilt für hydraulischglatte Rohre. Bei rauhen Rohren(oder Kanälen) ist der aus dem Dia-gramm ermittelte Wert �pvo zu korri-gieren, indem man aus der untenste-henden Tabelle die Rauhigkeit k ab-liest und mit Hilfe des Diagrammesden Korrekturfaktor Ck feststellt.

�pv = Ck · �pvo in Pa pro m Rohr

Rauhigkeit k �mm�

Kanalart k

Kunststoffrohre 0,01Asbestzementrohre 0,15Stahlrohre 0,15Blechkanäle 0,15Flexible Schläuche 0,5...2,5Holzkanäle 2,5Betonkanäle 2,0...3,0Gemauerte Kanäle, rauh 4,0

Rauhigkeit k = 10 mm

k = 5,0k = 3,0k = 1,5

k = 0,5

0,50,50,1

5,04,0

3,02,52,0

1,5

1,0

2 10 501 5 20 100

k = 0,15k = 0,1k = 0,045

k = 1,0

100

50

20

10

50

100

200

300

400

500

750

1000

2000

3000

40

00

5000

7500

10

000

2000

0

3000

0 40

000

5 4 3

2 1,5

1

0,5 0,4 0,3

0,2

0,15

0,1

c = 25 m/s 20

15 12

10 9

8 7

6

c = 3 m/s

4

2

5 80

Ø90

Ø10

0 Ø12

5 Ø15

0 Ø17

5 Ø20

0 Ø22

5 Ø25

0 Ø30

0 Ø35

0 Ø40

0 Ø45

0 Ø50

0 Ø60

0 Ø70

0 Ø80

0 Ø10

00 Ø

Druckverlust �pvo �Pa/m�

Korre

kturfa

ktor C

k

Volumenstrom V [m³/h] �

Druc

kver

lust

R₀ [

Pa] f

ür 1

m R

ohr

�

Beispiel





2.5.2 Druckverlust durch Form -widerstand

Der Druckverlust durch Formwider-stand kann verschiedene Ursachenhaben, z. B. Umlenkungen, Verzwei-gungen, Querschnittsänderungen,Drossel organe, Bauelemente wieWärmetauscher, Kühler, Filter usw.

Seine Berechnung erfolgt nach derBeziehung

� wird Widerstandsbeiwert genannt.

Die entsprechenden �-Werte sindüberwiegend nur experimentell zubestimmen und werden von Herstel-lern der Bauelemente angegeben.Eine Zusammenstellung der wichtig-sten �-Werte ist nachfolgend angege-ben.*

�pv = � · c2 = � · pd2

�

* Quelle: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik: Recknagel-Sprenger 58. Ausgabe





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2.5.2.1 StoßverlustEin wichtiger Formwiderstand, denman auch genügend genau berech-nen kann, ist die sprunghafte Quer-schnittserweiterung.

Der Verlust, der durch die Verzöge-rung der Strömung von c1 auf c2 ent-steht, nennt man Stoßverlust. Er läs-st sich mit folgender Gleichung be-rechnen:

Die �-Werte für diesen Stoßverlustsind im Diagramm 1 dargestellt. Füreinseitige Querschnittserweiterungist der Widerstandsbeiwert dem Dia-gramm 2 zu entnehmen.

2.5.2.2 DiffusorverlustWenn die Querschnittsveränderungnicht plötzlich, sondern allmählich er-folgt, spricht man von einem Diffusor.Ein Diffusor hat die Aufgabe, die Strö-mung zu verzögern und damit dyna-mischen Druck in statischen umzu-wandeln: „Druckrückgewinn“. DerWirkungsgrad dieser Umwandlung iststark vom Öffnungswinkel � abhän-gig. Ist dieser größer als 10°, liegt dieStrömung nicht mehr an der Wandan, sondern löst sich ab. Dieses ver-ursacht große Verluste.

Das nachstehende Diagramm zeigt �-Werte für einen Diffusor mit ver-schiedenen Öffnungswinkeln �

2.6 Anlagenkennlinie (Widerstands -parabel)

Die Summe sämtlicher Druckverlusteeiner Anlage, saug- und druckseitigvom Ventilator, ergibt die für die Aus-legung und Auswahl wichtige Total -druckerhöhung �pt bei einem be-stimmten vorgegebenen Volumen-strom V. Dieses Wertepaar �pt und Vist gleichzeitig ein Punkt der Anlagen-kennlinie, die auch Widerstandspara-bel genannt wird. Da die Verluste (beiturbulenter Strömung*) proportionaldem Quadrat der Geschwindigkeitbzw. des Volumenstromes sind, er-gibt sich eine quadratische Parabel,wenn man �pt über V darstellt. Stelltman diese Parabel im doppel-loga-rithmischem Maßstab dar, erhält mananstelle der Parabel eine Gerade mitder Steigung 2, dann �pt =kV2 loga-rithmiert, ergibt log �pt = 2 log V + log k,wobei k eine anlagenspezifischeKonstante ist.

*Es gibt auch Elemente mit nichtturbulenter,sog. turbulenzarmer Verdrängungsströmung,z. B. Filter. Diese sind in den Berechnungengesondert zu betrachten.

Diagramm 1

Diagramm 2

Lineare Darstellung der Anlagenkennlinie

Logarithmische Darstellung der Anlagenkennli-nie

�pv = � · (c2 –c2)2= � · c12 (1– )22

�

A2A1

2

�




Die lineare Darstellung hat den Vor-teil der leichteren, gewohnten Ables-barkeit; Zwischenwerte sind einfachzu interpolieren. Veränderungen derAnlagenparabel hingegen sind imdoppel-logarithmischen Papier leich-ter zu konstruieren, da alle Anlagen-kennlinien parallele Geraden (mit derSteigung 2) sind.

Die Anlagenparabel muss übrigensnicht immer durch den Nullpunkt im�pt-V-Diagramm laufen, sondernkann auch den im folgenden Bild ge-zeigten Verlauf haben, der sich z. B.dann ergibt, wenn ein Ventilator in ei-nem Überdruckraum oder Druckkes-sel fördert. Seine Druckdifferenz ge-genüber der Atmosphäre ist �p1. DieAnlagenkennlinie schneidet dann die�pt -Ordinate im Punkt �p1

2.7 BERNOULLIsche Gleichung fürreale Strömungen

Die BERNOULLIsche Gleichung läs-st sich durch Einfügung der Verlust-glieder für Reibungs- und Formverlu-ste für die Anwendung auf reale Strö-mungen erweitern. Für zwei Punkteeiner Strömung, (1) und (2), gilt dann(bei Vernachlässigung des Höhen -gliedes):

wobei

c12 + p1 = c22 + p2 + �i · pdi + � · · pdi2

�

2

�

�n

i = 1

�n

i = 1

�m

i = 1

lidi

lidi

2.8 Geschwindigkeitsverteilungenim Rohr bzw. Kanal

Durch den Einfluss der Reibung undder Wandhaftung ergibt sich bei Strö-mungsvorgängen eine über denQuerschnitt gesehen nicht konstanteGeschwindigkeitsverteilung. Es bildetsich ein sogenanntes Geschwindig-keitsprofil aus. Nur unmittelbar hintereiner Anströmdüse ist eine fastgleichmäßige Verteilung vorhanden.Nach einer gewissen Strecke hat sichdas Profil ausgebildet:

Diese Profilausbildung ist besondersbei Messungen zu beachten, bei de-nen es z. B. auf die Ermittlung desVolumenstromes ankommt.Verzerrte Geschwindigkeitsprofileund auch ungleichmäßige Druckver-teilungen über den Querschnitt tretennach Einbauten und Umlenkungenauf. Als praktisch wichtiges Beispielhierzu sei der Krümmer bzw. dasKnie genannt.

Hinter der Umlenkung ergibt sichdurch Ablösung der Strömung an derInnenseite ein sehr ungleichmäßigesGeschwindigkeitsprofil. Außerdem istder statische Druck an der Außensei-te größer als innen, wo sogar Unter-druck auftreten kann. Durch Einbauvon Leitblechen lässt sich dieser Ef-fekt erheblich reduzieren und der Wi-derstandsbeiwert wird ebenfalls her-abgesetzt (siehe 2.5.2)

�i · pdi = die Summe aller (n) Formwiderstände zwischen den Punk-ten (1) und (2) ist, und

�m

i = 1� · · pdi = die Summe aller (m) Reibungswiderstände zwischen den

Punkten (1) und (2) ist.

�p t

ød

10d

nach ca. 6dh ist dasGeschwindigkeitsprofilwieder ausgeglichen.

dh = hydraulischer Durchmesser des durch-strömten Querschnitts.

Anströmdüse






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2.9 DruckmessungDie folgenden Skizzen veranschauli-chen die grundsätzlichen Möglichkei-ten zur Messung der drei Drückeps, pd und pt:ps ist der statische Druck, also der

Druck, der auf eine zur Strö-mungsrichtung parallele Wandausgeübt wird.

pd ist der dynamische Druck oderGeschwindigkeitsdruck.

pt ist der Totaldruck (bzw. die Total-druckerhöhung), also die Summeaus statischem und dynamischemDruck.

Messung auf der Druckseite

Messung auf der Saugseite

� Der statische Druck ps wird z. B.über eine sauber entgrateteWandbohrung mit einem Mano-meter gemessen. Zweckmäßig istes, über den Umfang verteilt meh-rere Bohrungen anzubringen unddiese Messstellen über eineRingleitung miteinander zu verbin-den.

� Der Totaldruck pt lässt sich mit ei-ner um 90° abgewinkelten Sonde,die der Strömung mit der Öffnungentgegengehalten wird, messen.Diese Sonde heißt PITOT-Rohr.

� Der dynamische Druck wird alsDifferenz zwischen pt und ps ge-messen. Da pt = ps + pd gilt, istpd = pt – ps

Ein Gerät zur Messung des dyna-mischen Druckes ist dasPRANDTL sche Staurohr, das eineKombination aus PITOT-Rohr undstatischer Drucksonde darstellt.

Bei Druckmessungen an Anlagen istnach Möglichkeit eine Stelle zuwählen, bei welcher ein gleichmäßi-ges Geschwindigkeitsprofil herrscht.Zu vermeiden sind Messorte unmit-telbar hinter Krümmern (siehe 2.8),Abzweigen, Erweiterungen etc., dahier der statische Druck über denQuerschnitt gesehen nicht konstantist und die Messungen zwangsläufigfehlerhaft sind.Die üblichen Druckmessgeräte zei-gen die Drücke in Pa an. ÄltereDruckmessgeräte zeigen noch in mm WS = 1 kp/m2 an. Die Umrechnung in das gültige Maß-system (SI-System) lautet:1 mm WS = 1 kp/m2 = 9,81 Pa � 10 Pa

� � �

� � �





3. Der Axialventilator3.1 Aufbau und FunktionDer Axialventilator besteht aus derAnströmdüse, dem Gehäuse, demLaufrad und dem Antriebsmotor mitNachleitwerk bzw. Motorhalterung(bei leitwerkslosen Axialventilatoren).Große Axialventilatoren werdendruckseitig mit einem Diffusor ausge-stattet zur verlustarmen Umwandlungdes hohen dynamischen Druckes instatischen Druck. Die Ausführungdes Diffusors ist unterschiedlich, ab-hängig ob mit oder ohne Nachleit-werk.Die Anströmdüse hat die Aufgabe, ei-ne gleichmäßige Geschwindigkeits-verteilung vor dem Laufrad zu erzeu-gen, damit dieses voll über die ge-samte Schaufellänge beaufschlagtwird (siehe 2.8). In den Schaufel-kanälen des Laufrades findet die Energieumsetzung statt. Hier wirdstatischer und dynamischer Druck er-zeugt. Hinter dem Laufrad stellt sicheine stark drallbehaftete, spiralenför-mige Strömung ein, d. h. die vomLaufrad abströmende Luft hat eineGeschwindigkeitskomponente in tan-gentialer (Umfangs-) Richtung.Um diese nutzlose Komponente dy-namischer Druckenergie in statischeDruckenergie zu verwandeln, werdenLeitwerke eingesetzt. Das sind fest imSchacht in Strömungsrichtung voroder hinter dem Laufrad angeordneteLeitschaufelkränze. Entsprechendnennt man sie Vorleitwerk bzw. Nach-leitwerk. Sie bewirken eine Umlen-kung der Strömung in dem Sinne,dass die Abströmung hinter dem Ven-tilator axial gerichtet ist.

GehäuseDiffusor(empfohlene Option)Laufrad

Anströmdüse Nachleitwerk

Motorhalterung

ohne Nachleitwerk

Motorhalterung

Motor

3.2 GeschwindigkeitsdreieckeDie Strömungsvorgänge im Ventilatorlassen sich anschaulich durch dieGeschwindigkeitsdreiecke darstellen.Hierbei bedeuten:Index 0 Eintritt VorleitwerkIndex 1R Eintritt Laufrad bzw.

Austritt Vorleitwerk (Ring-querschnitt)

Index 2 Austritt Laufrad bzw. Ein-tritt Nachleitwerk

Index 3 Austritt Nachleitwerk

c absolute Geschwindigkeitw relative Geschwindigkeitu Umfangsgeschwindigkeit des

LaufradesDie absolute Strömungsgeschwindig-keit c ist stets die vektorielle Summeaus Umfangsgeschwindigkeit u undder relativen Strömungsgeschwindig-keit w:

c1R ist die drallfreie absolute Eintritts-geschwindigkeit in das Laufrad(� Ringquerschnitt beachten)

c = u + w� � � Drehrichtung – Laufrad –

LaufradW1 c 1R

Schaufel- profil





nisc

he P

ublik

atio

nen

u ist die Umfangsgeschwindigkeitdes Laufrades, die sich aus derLaufraddrehzahl ergibt:

mit� = Winkelgeschwindigkeit des

Laufrades in s–1

u = Umfangsgeschwindigkeit in m/sd = Druchmesser des Schaufel-

schnittes in mn = Laufraddrehzahl in min–1

w1 ist die relative Anströmgeschwin-digkeit der Schaufel. Sie ergibtsich aus der vektoriellen Additionder Eintrittsgeschwindigkeit c1und der Umfangsgeschwindigkeitu. Die Länge der Pfeile ist dabeigleich dem Geschwindigkeitsbe-trag.

Die Änderung von w1 zu w2 erfolgtdurch die Krümmung und Form derSchaufelkanäle.c2 ist die absolute Geschwindigkeitbeim Austritt aus dem Schaufelgitterund damit ggfs. die Eintrittskompo-nente für das Nachleitwerk.

a) Axialventilator ohne Leitwerk

b) Axialventilator mit Nachleitwerk

c) Axialventilator mit VorleitwerkVorleitwerk

Anström-düse Laufrad

d) Axialventilator als GegenläuferZur Erzielung höherer Drücke können bestimmte Axialventilatoren als Ge-genläufer eingesetzt werden. Hierzu sind zwei komplette Ventilatoren, je-weils mit Motor, erforderlich, die, gegenläufig drehend, so installiert werden,dass die beiden Laufräder unmittelbar gegenüber angeordnet sind.Gegenläufer weisen im Vergleich zum zweistufigen gleichlaufenden Axial-ventilator aerodynamisch keine signifikanten Unterschiede auf. Die Schall-entwicklung ist beim Gegenläufer jedoch deutlich ungünstiger als beim zwei-stufigen Gleichläufer.

u 2=

u

u 1=

u

Dreh

richt

ung

– La

ufra

d –

w 2

c2w 1

c1R

u 1=

u

w 1

c1R

co

u 1=

u

w 1

c 1R

c3 = c1R

Dreh

richt

ung

– La

ufra

d –

Dreh

richt

ung

– La

ufra

d –

Nachleitwerk(feststehend)

Vorleitwerk(feststehend)

u 2=

uw 2c2 c 2

u

u 2=

u

w 2

c2Schnitt AB:

A B

ød

Motor

Motorhalterung

LaufradAnström-

düse

Motor

Motor

Gehäuse

Gehäuse

LaufradAnström-

düse

Motor-halterung

Nachleit-werk

u = · � = d2

d · � · n60

Motorhalterung

Gehäuse





3.3 Bauformen der AxialventilatorenAxialventilatoren können nach denunterschiedlichsten Gesichtspunktenje nach Anwendung und Betriebsbe-dingungen eingeteilt werden.

3.3.1 Axialventilatoren für die Lüf-tungstechnik

3.3.1.1 Leitwerkanordnung Axialventilator ohne Leitwerk Axialventilator mit Vorleitwerk Axialventilator mit Nachleitwerk3.3.1.2 LaufradschaufelnAxialventilatoren mit starren, nichtverstellbaren Laufradschaufeln ha-ben nur eine unveränderliche Kenn -linie für jede Drehzahl.Axialventilatoren mit verstellbarenLaufradschaufeln haben mehrereKennlinien, die in Abhängigkeit vomSchaufelanstellwinkel dargestelltwerden. Sie haben den Vorteil beson-derer Anpassungsmöglichkeiten anunterschiedliche Betriebsbedingun-gen.Standard ist die Anordnung mit imStillstand verstellbaren Laufschaufelnund Nachleitwerk. Für einfache Lüf-tungsaufgaben – niedrige Drücke –werden auch im Stillstand verstellba-re Laufschaufeln ohne Nachleitwerkeingesetzt.Beispiel:Axialventilator (mit im Stillstand ver-stellbaren Laufradschaufeln)Fabrikat:TROX TLTTyp AXN 12/56/800/M-D Bauform M-D

AXN 12/56/800/D* - n = 1465 min-1

Tota

ldru

cker

höhu

ng �

pt

V[m3/h]

c [m/s]

pd [Pa]

c [m/s]

pd [Pa]

Ges

amt-

Sch

allle

istu

ngs -

Temperatur t =20°C

�

V = Volumenstrom [m3/h] c = Strömungsgeschwindigkeit

pd = dynamischer Druck [Pa]Umfangsgeschwindigkeit u2 =

Schachtdurchmesser di.L. =797 mm

108

107

106

105

104

1250

1120

1000

900

800

710

630

560

500

450

400

355

1000 0

1120 0

1250 0

1400 0

1600 0

1800 0

2000 0

2240 0

2500 0

2800

6,3

7,1

8,0

9,0 10 11, 2

12, 5 14 16 18 20 22, 4 25 28

25 31, 5 40 50 63 80 10

0

125

160

200

250

315

400

500

9,0 10 11, 2

12, 5 14 16 18 20 22, 4 25 28 31, 5

35, 5 40

50 63 80 100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

100 0

Rohrleitung 2,5 D

frei ausblasend

* Luftrichtung D (über Motor drückend) · auf Normzahlen gerundete Werte

=

0,8

0,8

0,8

0,70,6

0,7

0,60,7

35°Schaufel-

30

2520

1510 10

15

20

25

30

35

50°

20

25

30

3515105°0°

pd

Berechnung desLeistungsbedarfesan der Welle [Pw]siehe Seite 1.2–8

A1 = 0,34





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atio

nen

3.3.2 Axialventilatoren für indu-strielle Anwendungen bzw.Groß-Axial ventilatoren

Bei diesen Axialventilatoren wird inder Praxis im Wesentlichen unter-schieden zwischen folgenden dreiAusführungen:3.3.2.1 Axialventilator mit verstell-

baren Laufschaufeln undfestem Nachleitwerk

Diese Axialventilatoren sind verfüg-bar: mit einzeln im Stillstand verstellba-

ren Laufradschaufeln mit zentral im Stillstand verstellba-

ren Laufradschaufeln mit gemeinsam während des Be-

triebes regelbaren Laufradschau-feln. Diese Ausführung bietet Vor-teile bei der Regelung des Volu-menstromes und ergibt einen sehrumfangreichen Arbeitsbereich mitgutem Teillastverhalten.

Die hydraulische Laufschaufelver-stellung während des Betriebes istheute Stand der Technik.

Beispiel:Axialventilator mit Laufschaufelver-stellungFabrikat:TROX TLT

Ventilatorgehäuse-Oberteil

2-stufiger Rotor

Kupplungshälften

Zwischenwelle

Kompensator

Diffusor

Ventilatorgehäuseunterteil

Ansaugkasten

Hydr. Verstellmechanismus

Umlenkecke

Schalld.Ummantelung

Stellantrieb zurLaufschaufelverstellung

ÖlversorgungsanlageSchwingungsaufnehmer

Lager-Temperaturanzeige

Axialgebläse mit hydraulischer Flügelverstellung während des Betriebes

Förd

erhö

he �m

�Gas

säule

Volumenstrom V �m3/s�

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

= %

88

8683

8075

70

60

5040





3.3.2.2 Axialventilatoren mit ver-stellbarem Vorleitwerk undfeststehenden Laufrad-schaufeln

Das Teillastverhalten dieses Axial-ventilators ist in den meisten Fällenschlechter als das der laufschaufel-geregelten Axialventilatoren.Bedingt durch seine robuste Bau-weise wird dieser Typ bevorzugt ein-gesetzt für extreme Betriebsbedin-gungen wie z. B. hoher Temperaturund Staubbeladung.Typische Anwendungen:Kraftwerke und Bergbau

Beispiel:Axialventilator mit verstellbarem Vor-leitwerkFabrikat:TROX TLTTyp AN

Axialventilator mit Vorleitwerk

Förd

erhö

he �m

�Gas

säule

Volumenstrom V �m3/s�

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

87,587

8582

7974

63

53

42

31

2010

Schachtdurchmesser d i.L.= 1415 mm

Trägheitsmoment J = 10,05 kgm²

Austrittsquerschnitt A2 = 1,57 m²

Schaufelwinkel = 23°

Schaufelanzahl = 12

Gemessen mit Rohrleitung 2,5 D





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nen

3.3.2.3 Axialventilatoren mit Dreh-zahlregelung

Durch den heutigen Stand der Dreh-zahlregelung von Elektromotoren mit-tels Frequenzumrichter ist die Kombi-nation mit einem Ventilator ideal.Besonders beim Axialventilator miteinzeln im Stillstand verstellbarenLaufradschaufeln mit Elektromotor,drehzahlgeregelt über moderne Fre-quenzumrichtertechnik, ergeben sichbemerkenswerte Vorteile: Günstige Plazierung des Betriebs-

punktes auf der Kennlinie desAxial ventilators.

Sehr gutes Teillastverhalten beiquadratisch verlaufender Anlagen-kennlinie.

Günstige Akustik im Teillastbe-reich.

Der einfache mechanische Aufbauist der Garant für einen störungs-freien Betrieb.

Beispiel:Axialventilatordrehzahlgeregelt(mit im Stillstand verstellbaren Lauf-radschaufeln)Fabrikat:TROX TLTTyp AXN 12/56/1400/D/R2

Bauform R2

Tota

ldru

cker

höhu

ng ∆

pt [P

a]

Ven

tilat

or-D

rehz

ahl

n [m

in ¯¹

]

Um

fang

sges

chw

indi

gkei

t n

[m/s

]

Ges

amt-

Sch

all-

leis

tung

speg

el L

w[d

B]

Volumenstrom V [m³/h]

Strömungsge -schwindigkeit c [m/s]

dyn. Druckpd [Pa]

AXN 12/56/1400/R2

Bauform R1nicht lieferbar

Bauform R2max. 90 kW

Achtung:max-Leistungs -

grenzen beachten!

112

0

100

0

900

800

710

630

560

500

450

2000180016001400125011201000

900800710630560500450400355315280250224200180160140125

5600

063

000

7100

080

000

9000

010

000 0

1120

0 012

500 0

1400

0 016

000 0

1800

0 020

000 0

10

11,2

12,5 14 16 18 20

22,4 25 28

31,5

35,5

63 80 100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

84

75

67

60

54

49

44

39

36

114

112

110

107

104

102

999795

=

0,78

0,78

0,76

0,76

0,70

0,78

0,78

0,76

0,76

0,70

* Luftrichtung D (über Motor drückend) · auf Normzahlen gerundete Werte





3.3.3 Luftrichtung im VentilatorDie Luftrichtung im Axialventilator istin der Regel vom Laufrad und Leit-werk über den Motor bzw. die Lage-rung. Alle Kennlinien basieren aufdieser Anordnung.Es kann jedoch Anlagen bzw. verfah-renstechnische Gründe geben, die ei-ne Anordnung des Motors auf derSaugseite erfordern. Für diese Fällebietet TLT GmbH die Ausführungüber Motor saugend an. („S“)Vorzuziehen ist die Luftrichtung „D“,denn bei der Luftrichtung „S“ mussdie Kennlinie abgewertet werden undder Wirkungsgrad wird deutlichschlechter.

StandardausführungBaureihe AXN-Bauform M-D(über Motor drückend)

SonderausführungBaureihe AXN-Bauform M-S(über Motor saugend)

Axialventilator – in Normalausführung mit di-rektem Antrieb

Bauform M = Laufrad auf der Motorwelle

Axialventilator – mit Antrieb über Keilriemen(Motor separat auf Grundrahmen)

Bauform R2 = Laufrad über Keilriemen ange-trieben

Axialventilator – mit Antrieb über Keilriemen(Motor auf Ventilatorgehäuse aufgebaut) inleichter Ausführung für die Lüftungstechnik

Bauform R1 = Laufrad über Keilriemen ange-trieben

3.3.4 NabenverhältnisUnter Nabenverhältnis versteht mandas Verhältnis Laufradnabendurch-messer zu Laufradaußendurchmes-ser. Bei Axialventilatoren liegen die

Verhältnisse etwa zwischen 0,25 und0,63. Axialverdichter zum Vergleichkönnen noch größere Nabenverhält-nisse haben.Je kleiner das Nabenverhältnis, destogeringer der Druck des Axialventila-tors.

3.3.5 Art des Antriebes





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Groß-Axialventilator – doppelstufigmit gemeinsamer Doppellagerung di-rekt über Kupplung und Zwischen-welle angetrieben. Anordnung desElektromotors außerhalb des Gas-stromes.Horizontale Aufstellung!

Groß-Axialventilator – einstufig mitDoppellagerung direkt über Kupplungund Zwischenwelle angetrieben. An-ordnung des Elektromotors vertikalaußerhalb des Gasstromes.Vertikale Aufstellung!z. B. im Kamin

Groß-Axialventilator – einstufig, Lauf-rad auf Motorwelle. Elektromotor imLuftstrom.Vertikale Aufstellung!

DiffusorElektro-motor

Saugtasche

Raum für Wartung

Raum für Wartung




IV. Der Radialventilator4.1 Aufbau und FunktionDer Radialventilator besteht aus demSpiralgehäuse mit Einströmdüse undAustrittstutzen, dem Laufrad und derZunge. Die zu fördernde Luft trittdurch die Einströmdüse in das Lauf-rad ein und wird dabei in radiale Rich-tung umgelenkt. Im Laufrad (Schau-felkanal) findet die Energieumset-zung statt, d. h. die dem Laufrad überdie Welle vom Antriebsmotor zuge-führte mechanische Energie wird inDruck- und Geschwindigkeitsenergieumgesetzt. Das Spiralgehäuse hatzwei Aufgaben zu erfüllen. Es sam-melt die aus dem Laufrad ausströ-mende Luft, führt sie zu einem ge-meinsamen Austritt und es wandelteinen Teil der Geschwindigkeitsener-gie (dynamischer Druck) in Druck -ener gie (statischer Druck) durch die

stetige Querschnittserweiterung inStrömungsrichtung um (Diffusoref-fekt).Die engste Stelle zwischen Spiral-gehäusewand und Laufrad wird vonder Zunge gebildet.

Radialventilatoren erreichen höhereDrücke als Axialventilatoren, da dieradialen Schaufelkanäle durch dieunterschiedlichen Umfangsge-schwindigkeiten am Ein- und Austrittdes Laufrades zur statischenDruckerzeugung beitragen.

Einströmdüse

Antriebs-motor

Zunge

Laufrad

4.2 GeschwindigkeitsdreieckeBei Radialventilatoren unterscheidetman im wesentlichen zwischen vierverschiedenen Laufradtypen je nachForm der Schaufel:

4.2.1 Rückwärts gekrümmteSchaufeln

Radialventilatoren mit rückwärts ge-krümmten Schaufeln nennt man we-gen ihres sehr guten Wirkungsgradesauch „Hochleistungsventilatoren“.Besonders geeignet sind dieseLaufräder auch für freilaufende Ra -dialventilatoren.Schaufelaustrittswinkel w2 � 30°

4.2.2 Rückwärts geneigte geradeSchaufeln

Geeignet für Gas mit groben trocke-nen Materialteilchen. Wegen desnoch sehr guten Wirkungsgrades ge-nannt „Hochleistungs-Staubschaufel-Ventilator“.Schaufelaustrittswinkel w2 = 40 bis 60°

4.2.3 Radial endende Schaufeln

Diese Räder finden in der Lüftungs-und Klimatechnik wenig Anwendung.Sie dienen hauptsächlich wegen ihrerVerkrustungssicherheit zur Förde-rung staub- und stoffbeladener Gase(pneumatischer Transport). Je nachStaubart werden dazu allerdingsauch rückwärts gekrümmte Schau-feln benutzt.Schaufelaustrittswinkel w2 = 75 bis 90°

4.2.4 Vorwärts gekrümmte Schau-feln

Radialventilatoren mit vielen kurzen,vorwärtsgekrümmten Schaufelnnennt man auch Trommelläufer. DerAnteil der Geschwindigkeitsenergieist sehr hoch. Wegen des niedrigenWirkungsgrades wird diese Bauformnur noch bei kleinen Radialventilato-ren in der Lüftungstechnik eingesetzt.

u2

c2c1

w1u1

w2

u2

u1

c2

c1

w2

w1

c2 w2

w1

u1

c1u2

c1

u1u2

w2c2

w1

Spiralgehäuse





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4.3 Konfigurationen der Radial-ventilatoren

Radialventilatoren werden üblicher-weise nach folgenden Gesichtspunk-ten eingeteilt: Schaufelforma) Radialventilatoren mit rückwärts

gekrümmten Schaufeln = „Hoch-leistungsventilatoren“.

b) Radialventilatoren mit rückwärtsgeneigten geraden Schaufeln =„Hochleistungs-Staubschaufel-Ventilator“.

c) Radialventilatoren mit radial en-denden Schaufeln für schmutzig-ste Industrieanwendungen.

d) Radialventilatoren mit vorwärts ge-krümmten Schaufeln für die Lüf-tungstechnik, (siehe auch 4.2).

LaufradverhältnisseEin wesentliches Charakteristikum istdas Verhältnis zwischen Außen-durchmesser und Ansaugdurchmes-ser (= Nenndurchmesser) des Radi-allaufrades. Dieses Verhältnis kenn-zeichnet die Baureihe von Radialven-tilatoren. Die üblichen Durchmesser-verhältnisse liegen zwischen 1,1 und7,1. In der Lüftungs- und Klimatech-nik sind Baureihen 11 und 14 üblich.Je größer die Baureihe ist, um sohöher ist die Druckerzeugung desVentilators.Das TROX-TLT-Programm (ehemalsBabcock BSH) ist in sieben Baurei-hen gegliedert, denen jeweils nach-stehende Drücke zugeordnet sind:

Durchmesserverhältnis 1,4 = Baureihe 14

14 / 45

Baureihe(Durchmesser-verhältnis x10)

Schaufelaus-trittswinkel w2

4.3.1 Typenbezeichnungen

Die Typenbezeichnung eines Radial-ventilators hat neben seinem Druck-vermögen Auskunft zu geben überseine speziellen Anwendungseigen-schaften. Hierzu bietet sich neben derBaureihe der Schaufelaustrittswinkelw2 an. Jede Baureihe weist deshalbverschiedene Laufradbeschaufelun-gen auf, gekennzeichnet durch denSchaufelaustrittswinkel w2. Damitsind die Möglichkeiten geschaffen,sich an anwendungsspezifische An-forderungskriterien anzupassen.

Kennlinienverlauf steil oder flach.

Anforderungen an den Regelbe-reich.

Staubbetrieb.

Verschleiß oder Anbackungen.

Jeder Betriebspunkt durch direktenMotorantrieb.

Typenbezeichnung desTROX-TLT-Standard-Programmes der Industrie-Radialventilatoren

Z. B. das Standard-Programm bei derTROX TLT ist in sieben Ventilator-baureihen gegliedert (Abb.), denenjeweils verschiedene Schaufelformenmit unterschiedlichen Schaufelaus-trittswinkeln zugeordnet sind.

Darüber hinaus kann jeder Typ ausverschiedenartigen Werkstoffen fürchemische Angriffe und höhere Tem-peraturen gebaut werden.






Nebenstehende Abbildung zeigtsämtliche Typen des Standard-Pro-grammes mit Kennzeichnung derwichtigsten Eigenschaften. Bei dieserLeistungsdichte kann jeder Bedarfs-fall optimal gelöst werden.

= Steil verlaufende Kennlinienmaxi male Wirkungsgrade für In-dustrieatmosphäre besondersgünstige Regelcharakteristik.

= Für Staubbetriebstaubabweisend für grobe undtrockene Materialteilchen.

= Für extremen Staubbetriebselbstreinigende Laufradbe-schaufelungen.Eine Ausnahme bilden Materia-lien, die sich durch chemischeReaktionen oder elektrostati-sche Aufladungen ansetzen.

Typen, diebevorzugtin derLüftungs-und Klima -technikeingesetztwerden

einseitig saugendes Radiallaufrad

doppelseitig saugendes Radiallaufrad

11/20 11/25 11/30

11.1/30 11/40

11/45 W11/60

14/20 14/30 14/45

14/60 14/80

18/30 18/50 18/80

22/40 22/55 22/80

28/40 28/60 28/75

35/45 35/75

45/50 45/78

4.3.2 Art des AnsaugsRadialventilatoren können mit einsei-tigem oder doppelseitigem Ansaug(ein- oder doppelflutig) ausgeführtwerden. Der doppelseitige saugendeRadialventilator fördert bei gleicherVentilatorbaugröße und gleicher To-taldruckerhöhung etwa das Doppeltedes Volumenstromes. Diese Anord-nung entspricht einer Parallelschal-tung (siehe 5.4).





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4.4 Bauformen* und Antriebsan-ordnungen

Bauform RUM: Einseitig saugend, Laufrad aufder Motorwelle

Bauform RUR: Einseitig saugend, Laufrad an-getrieben über Riemen

Bauform ZER: Zweiseitig saugend, Laufrad an-getrieben über Keilriemen

Bauform RUK IV: Einseitig saugend, für direk-ten Motorantrieb über elastische Kupplung

Bauform RUK V: Einseitig saugend, für direk-ten Motorantrieb über elastische Kupplung

Bauform ZSKI : Zweiseitig saugend, mit An-saugkästen, für direkten Motorantrieb

Bauformen-Beispiele(mit Zubehör-Optionen)

Die Angabe der Gehäusestellung undDrehrichtung erfolgt immer von derAntriebsseite her gesehen.Entsprechende Bezeichnungen sindder obigen Tabelle zu entnehmen.

4.4.1 Gehäusestellungen undDrehrichtungen

*Bauformen nach VDMA 24164





4.5 Wichtige Sonder- und Spezial-bauarten

4.5.1 Freilaufende Radial-ventilatoren

Diese Bauart wird bevorzugt in einseitigsaugender Ausführung eingesetzt, wogroße Luftmengen gegen Gesamt-drücke � 2500 Pa zu fördern sind.

Zum Beispiel in:Trocknern aller Art,Lackieranlagen,Rückkühlwerken,Reinraumanlagen,Zentralgeräten der Lüftungs-und Klimatechnik.

Freilaufender Radialventilator fürTrocknereinbauAntrieb durch NormmotorTemperatur max. 250°CMotorkühlung mit RaumluftKühlluft gelangt in Aufstellungsraum

Freilaufender Radialventilator fürhorizontalen Einbau in Klimazen-tralgeräteAntrieb durch Normmotor im Förder-luftstrom.

Freilaufender Radialventilator fürvertikalen EinbauAntrieb durch Normmotor im Förder-luftstrom





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4.5.2 DachventilatorenEine spezielle Bauart des Radialven-tilators ist der Dachventilator, derfreisaugend und dank seines Druck-vermögens als zentraler Abluftventi-lator eingesetzt werden kann.Es stehen unterschiedliche Bau -reihen zur Verfügung, z. B.

DachventilatorBaureihe DRHmit horizontalem Luftaustritt,Antrieb über Spezialmotor.(Außenläufer)

DachventilatorBaureihe DRVmit vertikalem Luftaustritt,Antrieb über Spezialmotor.(Außenläufer)

DachventilatorBaureihe DRVFmit vertikalem Luftaustritt,angetrieben von einem Normmotor.Baureihe DRVF-Hwie vor, jedoch mit Kühlluftschachtzum Motorraum.





DachventilatorBaureihe BVDmit vertikalem Ausblas.als Entrauchungs-Ventilator zur Ab-saugung von Rauch- bzw. Brandga-sen für F400/F600.

DachventilatorBaureihe DR-SDHmit horizontalem Ausblas.Ansaugseitig und ausblasseitigschallgedämpft

DachventilatorBaureihe DR-SDVmit vertikalem Ausblas undSchalldämpfer.

4.5.2 Dachventilatorenals Entrauchungs-Ventilatoren und inschallgedämpfter Ausführung.





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4.6 Staub- und VerschleißbetriebIn Abluft- und gewissen Prozessven-tilatoren sind die Themen Staub undVerschleiß bei der Auslegung beson-ders zu berücksichtigen. Hierbei sindStaubbeladung, deren Konsistenzund Feuchtigkeit wichtige Faktoren.4.6.1 Förderung von Staub und fa-serigem Gut

Rückwärts gekrümmteSchaufelnStaub haftet!R > T

Für trockenenStaub bedingtgeeignet!

�

FN FZ

R T�

Radial endendeSchaufelnStaub wirdabgeschleudert!R < T

Für schmutzigeIndustrie-anwendungen!

�

Laufrad ohneDeckscheibe

Faseriges Gutgleitet!R < T

Speziell fürpneumatischen Transportvon faserigem Gut!

F N

FN

F Z

FZ

RT

R

T

�

(Deckscheibe feststehendam Gehäuse)

BegriffserklärungFN = Kraft in NormalrichtungFZ = ZentrifugalkraftT = Kraft in TagentialrichtungR = Reibkraft = FN ·µµ = Reibungszahl

Weitere Hinweise zur Auswahl dergeeigneten Radialventilatoren be-finden sich im Kapitel 4.2 und 4.3.

Achtung:Bei starker Staubbelastung desgeförderten Gasstromes ist derzusätzliche Leistungsbedarf undDruckabfall zu be rücksichtigen.

Jedes Staubteil, das nicht haftet,verursacht möglicherweise Ver-schleiß. Während sich fehlende Er-kenntnisse über den Ver-schleißvorgang in erster Linie aufdie Ersatzteilfrage ausgewählterVentilatorentypen auswirken, ent-scheiden Unsicherheiten zum Haft-verhalten oft generell über den Ein-satz der Ventilatoren.

Die Neigung zum Anhaften auf derSchaufelsaugseite bei Radialrä-dern mit rückwärts gekrümmter Be-schaufelung und auf der Schaufel-druckseite bei vorwärts gekrümm-tem Schaufelverlauf, ist präzise nurüber Kenntnis der jeweiligen Rutschwinkel der Staub-Korn-größenverteilung vermeidbar. [1]

[1] Ventilatoren im EinsatzSchlender, KlingenbergVDI-Verlag 1996ISBN 3-1840 1293-x





4.6.2 Verschleiß an VentilatorenIn Ventilatoren, deren Förderstrommit Materialteilchen belastet ist, trittVerschleiß auf. Er lässt sich in sol-chen Ventilatoren nicht verhindern,wohl aber durch geeignete Maßnah-men reduzieren.Verschleiß an Ventilatoren bedingtdurch Abrasion verändert die beauf-schlagten Oberflächen. Es bildensich Mulden, Wellen, Kratzer und Rie-fen. Es tritt somit ein Mikrozerpan-nungsprozess auf, der einen Materi-alverlust zur Folge hat.Abrasion wird ausgelöst durch die imGasstrom enthaltenen Materialteil-chen, die über die betreffendenFlächen gleiten oder mit unterschied-lichen Winkeln aufprallen.

Die wichtigsten Kriterien eines Ver-schleißorgans sind:A. Ventilatorlaufrad– Härte des Grundkörpers und seine

Materialstärke.– Laufrad-Umfangsgeschwindigkeit.– Laufschaufelform.B. Förderstrombeladung– Härte der angreifenden Materialteil-

chen.– Korngröße und Körperform der Ma-

terialteilchen.– Dichte der Materialteilchen.Verschleißvorgänge

Einfluss der Härte von Materialteil-chen auf den Abtrag an der Ober-fläche für weichen Grundkörper (z. B.Laufradschaufel ungeschützt) undharter Grundkörper (z. B. Laufrad-schaufel gepanzert mit Hartmetallen).� Ist die Härte der angreifenden

Materialteilchen geringer als derGrundkörper, tritt wenig Verschleißauf. Der Verschleißvorgang liegt inder Tieflage.

� Ist jedoch Härte der angreifendenMaterialteilchen höher als derGrundkörper, tritt erheblicher Ver-schleiß auf. Der Verschleißvor-gang liegt in der Hochlage.

� Sind Härte der angreifenden Ma-terialteilchen etwa gleich dem

Grundkörper, verursachen ge-ringe Verschiebungen bereitsbeachtliche Veränderungen imVerschleißverhalten. Der Ver-schleißvorgang liegt im Steil-anstieg.

WichtigZur Minimierung von Verschleißmuss die Härtepaarung so gewähltwerden, dass die Härte des Grund-körpers auf der Verschleißseite überder des angreifenden Materials liegt.

weicher Grundkörper� harter Grundkörper

Anmerkung:Verschleißmaßnahmen an Laufrädern führen zu höheren Gewichten und Unwuchtkräften.Folgeerscheinungen wie– verstärkte Antriebswellen und Lager– verstärkte Unterbauten des Ventilators– negative Beeinflussung des Wirkungsgradessind zu beachten!

Maßnahmen Beschreibung

1. Schaufelmaterial sSte 70

2. Schaufelstärke „s“ um 2 – 3 mmerhöht

3. Schweißraupen quer zur Förder-richtung durch Panzerelektroden,Schweißraupenabstand „a“ verrin-gert sich zum Außendurchmesser.

1. Grund-Schaufelmaterial s2. Oberflächenpanzerung durch

hochfeste Schleißschutzbeschich-tung s1 = ca. 0,8 – 1,0 mm durchharte Wolfram-Chromkarbide imFlammaufspritzverfahren

1. Grund-Schaufelmaterial s2. Oberflächenpanzerung durch

hochfeste Schleißschutzbeschich-tung s1 = ca. 5 mm durch harte,Chromkarbid enthaltende Auf-tragsschweißung in einer in sichgeschlossenen Schweißschicht

ss s 1

b

a1a2

a3a4

a5

a6

b = Seitenschutz

Schaufelform eben(nicht gekrümmt)

s s 1

Schaufelform eben(nicht gekrümmt)

bb

Der allgemeine Grundsatz, dass ei-ne Radialventilatorschaufel, die anjedem Punkt der radialen Er-streckung eine Tangente zurStaubstrombahn ist, stets den ge-ringsten Verschleiß – Gleitver-schleiß – aufweist, kann als gesi-chert betrachtet werden. Ist die an-gepasste Auswahl entsprechenderBeschaufelungen nicht möglich,bleibt nur der Weg über entspre-chende Werkstoffe und Material-dicken, den Verschleißvorgangwirtschaftlich zu gestalten.

Härte der angreifenden Materialien

Hochlage

Tieflage

Steilan

stieg

Abtra

g

�





nisc

he P

ublik

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nen

5. Der Ventilator in derAnlage

5.1 Anlagen- und Ventilatorkenn -linie, Proportionalitätsgesetze

Über die Theorie der Anlagenkennli-nien wurde bereits in 2.5 berichtet.Nachfolgend sind an einem Beispiel(Radialventilator Typ RA 11.1, Bau-größe 800, Fabr. TROX TLT) die Ge-setzmäßigkeiten aufgezeigt und zwarin linearer und in doppellogarithmi-scher Darstellung.Vergleicht man zwei Betriebspunkte,dann gilt: Das Druckverhältnis istgleich dem Volumenverhältnis zumQuadrat, d. h.

Im Beispiel ist der Betriebspunkt B1bei V̇1 = 10 m3/s und�pt1 = 1750 Pa. Wie groß ist�pt2 bei ·V2 = 5 m3/s�pt2 = 1750 Pa · = 438 Pa.( )25

10

�pt1�pt2

= bzw. �pt2 = �pt1 ·( )2V1V2 ( )2V2

V1

Anlagenkennlinien mit unterschied -lichen Betriebspunkten

Die Totaldruckerhöhung eines Venti-lators setzt sich zusammen aus derstatischen und dynamischen Druck -erhöhung. Der dynamische Anteilwird bezogen auf den Ventilatorsaug-stutzen. Er wird nach der bekanntenBeziehung berechnet. Hierbei ist c die mittlereGeschwindigkeit im Ventilatorsaug-stutzen, also

In unserem Beispiel ist fürV̇ = 10 m3/s und für den gewähltenRadialventilator BG 800:

Dynamischer Druck im Ventilator-saugstutzen(c = Linie des dynamischen Druckes)

pd = c2

pd = · c2 = · 19,92 = 238 Pa

c = mit A = Fläche desVentilatorsaugstutzens

V̇A

A = = = 0,502 m2d2 �4

0,82 m2 �4

c = = = 19,9 m/s10 m30,502 m2 · s

V̇A

1,22

kg m2m3 s2

2

�

2

�

··

··

lineare Darstellung doppelt logarithmische Darstellung






Die Charakteristik eines Ventilatorswird durch eine Kennlinie beschrie-ben. Diese wird unter bestimmten Be-dingungen, die in der ISO 5801 fest-gelegt sind, auf dem Prüfstand ermit-telt. Hierbei werden verschiedene Be-triebspunkte durch Drosselung desVolumenstromes simuliert und die je-weiligen gemessenen Wertepaare�pt und V̇ in einem Diagramm aufge-tragen und zur Kennlinie miteinanderverbunden. Gleichzeitig wird hierbeider Leistungsbedarf an der Ventila-torwelle zur Ermittlung des Wirkungs-grades gemessen. Er ergibt sich ausAntriebsdrehmoment MW und derWinkelgeschwindigkeit �. Der Wir-kungsgrad ist der Quotient aus ab-gegebener und zugeführter Leistung.Die abgegebene Leistung P nenntman Nutz- oder Förderleistung, diezugeführte ist die zum Antrieb erfor-derliche Wellenleistung Pw.

P = �pt · V̇

Pw = MW · � = =P

PW

�pt · V̇MW · �

�pt · V̇

�bzw. Pw = =

wenn bekannt ist.

P

P = Leistung in W (bzw. kW,wenn pt in kPa)

�pt = Totaldruckerhöhung in Pa(bzw. kPa)

V̇ = Volumenstrom in m3/sMw = Antriebsdrehmoment in Nm� = Winkelgeschwindigkeit in 1/s

� = · s–1 für n in min –1� · n30

Ventilator- und Anlagenkennlinie

Der Betriebspunkt des Ventilators inder Anlage ergibt sich stets alsSchnittpunkt zwischen Anlagen- undVentilatorkennlinie!Der Schnittpunkt der Ventilatorkenn -linie mit der Linie des dynamischenDruckes stellt das maximale Schluck-vermögen eines Ventilators dar, dasist die Luftmenge, die er gegen den„Anlagenwiderstand Null“ fördernwürde.

�






nisc

he P

ublik

atio

nen

Proportionalitätsgesetze (Beispiel)1) Drehzahländerung (von n1 auf n2,

hier von 1400 auf 1600 min –1)In unserem Beispiel wurden die Dreh-zahlen des Ventilators von 1400 auf1600 min –1 verändert.Durch die bekannte, quadratischeCharakteristik der Anlagenkennlinietreten folgende Veränderungen auf:a) der Volumenstrom ·V ändert sich

proportional mit der Drehzahl, also

b) die Totaldruckerhöhung �pt ändertsich mit dem Quadrat der Dreh-zahl, also

c) der Leistungsbedarf an der WellePw ändert sich mit der dritten Po-tenz der Drehzahl, also

= bzw. ·V2 = ·V1 ·

= bzw. �pt2 = �pt1 ·

·V1·V2

�pt1�pt2

n1n2

n1n2

n2n1

n2n1( )2 ( )2

= bzw. Pw2 = Pw1 ·Pw1Pw2

n1n2

n2n1( )3 ( )3

Drehzahländerung (von n1 auf n2, hier von 1400 auf 1600 min–1)

Proportionalitätsgesetze für geo-metrisch und kinematisch ähnli-che Ventilatorbaureihen.Index 2 = Bezugsbaugröße

Formelzeichen:·V = Volumenstrom [m3/h bzw. m3/s]n = Drehzahl [min-1]�pt = Totaldruckerhöhung [Pa]Pw = Leistungsbedarf a. d. Welle [kW]T = Temperatur [°C]

= Dichte [kg/m3]d = Rad außen Ø [m]�

A n � const., = const.

B n = const., � const. bzw. T � const.

·V1 = ·V2 = const.

�

� C n = const., d2 � const.

D n � const., d � const., � const.�


=·V1·V2

n1n2

�pt1�pt2 ( )2n1

n2= =

·V1·V2( )2

Pw1Pw2

( )3n1n2

= =·V1·V2( )3

�pt1�pt2

= =1

2�

� T1T2

Pw1Pw2

= =1

2�

� T1T2

=·V1·V2

d1d2( )3

�pt1�pt2

= d1d2( )2

Pw1Pw2

= d1d2( )5

=·V1·V2

n1n2

d1d2( )3

�pt1�pt2

= n1n2( )2 1

2�

� d1d2( )2

= n1n2( )3 1

2�

� d1d2( )5Pw1

Pw2





5.2 Dimensionslose KenngrößenUm Ventilatoren untereinander hin-sichtlich ihrer Eignung für bestimmteEinsatzfälle besser beurteilen undvergleichen zu können, sind für diewichtigsten Eigenschaften dimen-sionslose Kenngrößen festgelegtworden:a) Wirkungsgrad(siehe 5.1)mit �pt in Pa, V̇ in m3/s und Pw in W. ist das Verhältnis der erbrachtenFörderleistung des Ventilators zur er-forderlichen Antriebsleistung an derWelle und damit ein Maß für die Güteder Energieumsetzung im Ventilator.b) Druckziffer

mit �pt in Pa, in kg/m3 und u2 inm/s.� ist ein Maß für die Totaldrucker-höhung, die ein Ventilator, bezogenauf die Umfangsgeschwindigkeit sei-nes Radaußendurchmessers, er-zeugt.c) Lieferzahl

mit ·V in m3/s, u2 in m/s und d2 in m.* wird in der Lüftungs- und Klimabranche ver-

nachlässigt

� ist ein Maß für den Volumen-strom, den ein Ventilator, bezogenauf seinen Radaußendurchmesserund seine Umfangsgeschwindig-keit, fördert.d) Leistungsziffer

� ist ein Maß für die erforderlicheWellenleistunge) Durchmesser-

kennzahl

besagt, wievielmal der Radaußen-durchmesser größer ist als der einesVergleichsventilators mit � = 1 und� = 1.f) Schnelllaufzahl

besagt, wievielmal schneller oderlangsamer sich das Laufrad gegen -über dem Vergleichsventilator mit� = � = 1 dreht.g) Drosselzahl

� ist der Parameter für die Anlagen-parabel im dimensionslosen Kenn -linienfeld.

�

= �pt · V̇Pw

� = �pt · f*· u22

2

�

� = V̇u2 · � · d22

4

� = � · �

� =�

�

1412

= �

�

1234

� = �2�

2) Dichte- bzw. TemperaturänderungDie Ventilatorkennlinien in der Lüf-tungs- und Klimatechnik sind darge-stellt für eine Temperatur von +20°C= 293 k. Die Dichte beträgt hierbei1,2 kg/m3. Liegen andere Temperatu-ren vor, z. B. bei einem Außenluft-ventilator, der auf –15°C = 258 K aus-gelegt werden soll, dann können die-se Ventilatorenkennlinien für die an-dere Temperatur umgerechnet wer-den:a) der Volumenstrom bleibt immer

konstant, d. h. ein Ventilator för-dert immer den gleichen Volu-menstrom, gleichgültig ob dieLuft „leicht“, z. B. +40°C, oder obsie „schwer“, z. B. –15°C, ist.Das liegt daran, dass die Dichte imVolumenstrom nicht enthalten ist(im Gegensatz zum Massenstrom,der sich sehr wohl ändert!)

b) Es ändern sich die von der Dichte0 und damit von der Temperaturabhängigen Werte (siehe 2.1),

also:Die Totaldruckerhöhung �pt, derdynamische Druck �pd, der Anla-genwiderstand �pt, der Leistungs-bedarf Pw und zwar alle proportio-nal der Änderung der Dichte !Damit gilt also zusammengefasst:

Diese Beziehung gilt für die Total -druckerhöhung des Ventilators undden Widerstand der Anlage.

wobei T jeweils als absolute Tempe-ratur in K einzusetzen ist.

�

�

�

Änderung der Dichte (von 1 auf 2, hier von +20°C auf -15°C)� �

21

·V1 = ·V2

�pt2 = �pt1 · = �pt1 ·

�� T1

T2

21

�pd2 = �pd1 · = �pd1 ·

��

T1T2

21

Pw2 = Pw1 · = Pw1 ·

�� T1

T2






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Der Vergleich zwischen RV/RAund AXN zeigt folgendes Bild:Lieferzahl:Der RV hat mit Abstand die höch-ste Lieferzahl (max. 1,2) gegen -über AXN (0,38) und RATR (0,55).Druckziffer:Der RV hat mit Abstand die höch-ste Druckziffer (max. 2,6) gegen -über RATR (1,37) und AXN (0,45).Kennlinie:Der RA hat eine steile Kennlinie.Das wird deutlich, wenn manKennlinienabweichungen der LinieA, die die Ventilatorkennlinie in Bschneidet, betrachtet. Liegt die An-lagenkennlinie A im Betrieb niedri-ger als berechnet (A1, SchnittpunktB1) bzw. höher (A2, B2), so sind dieAbweichungen in der Lieferzahlund damit im Volumenstrom klein.Ähnlich verhält es sich beim AXN,jedoch ist hier zu beachten, dassab einer bestimmten Lieferzahl(hier 0,23) die Strömung abreißt,das bedeutet, dass die Luft dasSchaufelprofil nicht mehr richtigumströmt.

5.3 AuswahlkriterienMit Hilfe der dimensionslosen Kenn-ziffern werden die wichtigsten Venti-latorbauarten miteinander verglichen.I. Rückwärts gekrümmte Be-

schaufelung �siehe 4.2.1�.(Hochleistungsläufer – kurz„RA“)

II. Rückwärts geneigte gerade Be-schaufelung �siehe 4.2.2�.(Hochleistungsstaubläufer –kurz „RA St“)

III.Radialendende Beschaufelung�siehe 4.2.3�. (AuchTransport-läufer – kurz „RA TR“)

IV.Vorwärts gekrümmte Beschau-felung �siehe 4.2.4�. (AuchTrommelläufer genannt – kurz„RV“)Alle Radialventilatoren mit Spiral-gehäuse! Freilaufende Radialven-tilatoren werden bei diesen Aus-wahlkriterien nicht berücksichtigt.

V. Axialventilator mit Nachleitwerk�siehe 3.2 und 3.3�. (kurz „AXN“)

Lieferzahl �

Druc

kziffe

r � �

Leist

ungs

ziffe

r � �

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

0,20 1,2

0,18 1,0

0,16 0,8

0,14 0,6

0,12 0,4

= 0,62 0,670,73

B2

A2

A1

B1

A

B

0,72

0,68

0,84

�

0,79

0,82

�

0,10 0,2

�

Radialventilator mit rückwärts gekrümmter Beschaufelung „RA“

Leist

ungs

ziffe

r � �

Lieferzahl �0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,59 0,70 0,75 0,79

0,800,79

0,780,72

0,64

=

�

A2

A

A1B2

B

B1

�

�

Radialventilator mit rückwärts geneigter gerader Beschaufelung „RASt“

Druc

kziffe

r � �

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

A2 A A1

B2 BB1

0,42 0,58 0,670,75 0,76 0,77

0,760,74 0,72

0,710,69 0,68

=

�

�

Lieferzahl � �

1,6

Radialventilator mit radial endender Beschaufelung „RATR“

Druc

kziffe

r � �

Leist

ungs

ziffe

r � �




Radialventilator mit vorwärts gekrümmter Beschaufelung Baureihe „RV“Axialventilatoren dürfen nie im Ab-rissgebiet betrieben werden, dieAuslegung hat stets mit Sicher-heitsabstand zum kritischen Punktzu erfolgen.RV haben eine flache Kennlinie,d. h. geringe Druckabweichungenbedingen große Volumenstrom -änderungen.

Wirkungsgrad:Den besten Wirkungsgrad hat derRA (0,84), gefolgt vom AXN (0,82).Wegen der sicheren Auslegungsollten hiervon beim AXN maximal0,78 genutzt werden. Der RV hatdemgegenüber nur bescheideneWirkungsgrade (max. 0,69).Leistungsziffer:Der RA hat seinen maximalenLeis tungsbedarf etwa beim bestenWirkungsgrad, wo auch die Ausle-gung erfolgen sollte. Er ist damitüberlastungssicher, da der Lei-stungsbedarf sowohl beim Dros-seln als auch bei Volumenstrom-zunahme abfällt. Der AXN hat ei-nen ziemlich konstanten Lei-stungsbedarf im Auslegungsbe-reich. Beim RV dagegen steigt die-ser bei Volumenstromzunahme ra-pide an, es besteht hier die Gefahrder Motorüberlastung, wenn z. B.der Anlagenwiderstand kleiner alsvorausberechnet ist.Durchmesserkennzahl:Die kleinste Kennzahl beim AXN(1,6 bei max.) zeigt den Hauptvor-teil dieses Typs, die platzsparendeBauweise. Es folgen RV mit 1,8und RA mit 2,0.Schnelllaufzahl:Die höchste � und �-Werte beikleinster Umfangsgeschwindigkeiterbringt der RV ( = 0,36) gegen -über RA 0,6 und AXN 0,95.

Axialventilator mit Nachleitwerk Baureihe „AXN“(nur ein Schaufelwinkel dargestellt)

Lieferzahl �0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

6

5

4

3

2

3

2,5

2

1,5

1

= 0,550,67

0,69 B2

A2

A1

B1

A

B0,5

0,35�

0,620,68

�

Druc

kziffe

r � �

Leist

ungs

ziffe

r � �

Lieferzahl �

0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

= 0,81 0,82

B2

A2

A1

B1

A

B 0,73

0,56

�

0,81�

0,16

0,15

0,14

0,13

0,5

0,4

0,3

0,2

Abriss

�

Druc

kziffe

r � �

Leist

ungs

ziffe

r � �





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ublik

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nen

5.4 ParallelschaltungWenn der geforderte Volumenstromsehr groß ist, besteht die Möglichkeitdes Parallelbetriebes zweier odermehrerer Ventilatoren. Ein Beispielfür den Parallelbetrieb zweier fest mit-einander verbundenen Ventilatorenist der doppelseitig saugende Radial-ventilator. Natürlich werden auchVentilatoren parallel geschaltet, dieunabhängig voneinander betriebenwerden können. Das kann man dannregeltechnisch ausnutzen, indemman durch Zu- oder Abschalten einesVentilators den Volumenstrom ver-größert oder verkleinert.Um die Kennlinie von parallel ge-schalteten Ventilatoren zu ermitteln,addiert man die Volumenströme beigleichen �pt-Werten. (Beispiel wieRadialventilator RA 11.1, BG 800)V1 = Kennlinie eines Ventilators.V2 = gemeinsame Kennlinie beider

Ventilatoren.B1 mit V̇1 und �pt1 =Betriebspunkt, wenn ein Ventilatorläuft.B2 mit V̇2 und �pt2 =Betriebspunkt, wenn beide Ventilato-ren laufen.5.5 Hintereinanderschaltung

(Reihenschaltung)Sind außergewöhnlich hohe Wider-stände zu überwinden, so kann manzwei oder mehrere Ventilatoren hin-tereinander schalten. Dabei addierensich theoretisch die Totaldrücke �pt,während V̇ konstant bleibt. In der Pra-xis ist dies aber nicht zu verwirk -lichen, da hierbei Verluste auftreten,die im wesentlichen durch eine nichtoptimale Anströmung des zweitenVentilators verursacht werden.V1 = Kennlinie eines VentilatorsV2 = gemeinsame Kennlinie beider

VentilatorenB1 mit V̇1 und �pt1 =Betriebspunkt, wenn ein VentilatorläuftB2 mit V̇2 und �pt2 =Betriebspunkt, wenn beide Ventilato-ren laufen.






5.6 Druckmessung an VentilatorenIn der Lufttechnik ist es üblich, die ge-genüber dem atmosphärischen Luft-druck po (= Barometerstand) gemes-senen Drücke als Absolutwerte zubehandeln, was möglich ist, wennman den Umgebungsluftdruck alsBezugsnullpunkt annimmt. Dann gibtes allerdings auch negative statischeDrücke, wie z. B. auf der Saugseitedes Ventilators.Die Totaldruckdifferenz eines Ventila-tors ist die Differenz der Totaldrückezwischen Eintritt und Austritt:�pt = pt2 - pt1 = ps2 + pd2 - (ps1 + pd1)

= ps2 - ps1 + pd2 - pd1

= �ps + �pd

Die Totaldruckdifferenz ist also gleichder Summe aus statischer Druckdif-ferenz �ps und dynamischer Druck-differenz �pd zwischen Eintritt undAustritt des Ventilators (jeweils alsMittelwerte über den Eintritt- bzw.Austrittquerschnitt des Ventilators ge-messen).

Beispiele verschiedener Messanordnungen an Radialventilatoren

a) Widerstände druckseitig, frei ansaugend

�pt = ps2 + pd2 = pt2

= ps2 + c22, da pt1 = 0!

�

2

b) Widerstände saugseitig, frei ausblasend

�pt = ps1 - pd1 + pd2

Für den Sonderfall, dass A1 = A2 ist�pd1 = pd2

Dann ist pt = ps1

1. ohne Diffusor





nisc

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nen

�pt = ps1 + pd3 - pd1

2. mit Diffusor

c) Widerstand druck- und saugseitig

�pt = ps2 + ps1 + pd2 - pd1Für den Sonderfall, dass A1 = A2 istpd1 = pd2Dann ist �pt = ps2 + ps1.





d) Messanordnung eines Axial -ventilators

Während der mittlere dynamischeDruck sich aus dem gemessenen Vo-lumenstrom ergibt, bereitet die Mes-sung des statischen Druckes, insbe-sondere auf der Druckseite des Ven-tilators, Schwierigkeiten, da es ver-schiedene Möglichkeiten gibt. Ausdiesem Grund gehört zu jeder Kennli-nienangabe die Angabe der Messan-ordnung. So ist es beispielsweise beieinem Axialventilator wichtig zu wis-sen, ob der statische Druck saugsei-tig oder wenn druckseitig, an welcherStelle hinter dem Ventilator gemes-sen wurde: direkt hinter dem Leitwerkoder in einigem Abstand davon.Hier im Beispiel wird der statischeDruck saugseitig gemessen, da derAnlagenwiderstand saugseitig durcheine Siebdrossel simuliert wird. In derKennlinie wurde dann der dynami-sche Druck, bezogen auf den vollenKreisausschnitt, rechnerisch dem ge-messenen statischen Druck zuge-schlagen. Die Messung mit und ohnedruckseitigen Kanal zeigte keine Un-terschiede. Misst man druckseitig di-rekt hinter dem Leitwerk den stati-schen Druck, so erhält man hier einenanderen Wert als bei einer Messungweiter vom Leitwerk entfernt. Verur-sacht wird dies durch die Ringströ-mung unmittelbar hinter dem Leit-werk, deren Profil sich erst weiter hin-ten über den vollen Rohrquerschnittausgleicht. Dabei wird ein Teil des dy-namischen Druckes in statischenDruck umgewandelt (Druckrückge-winn), der Rest geht als sog. Naben-stoßverlust verloren.Beispiel:Bei einem Axialventilator mit einemNabenverhältnis von 0,56 ist der mitt-lere dynamische Druck in der Ring -strömung:

Geschwindigkeitsprofile: vor dem Axialventilator� unmittelbar hinter dem Leitwerk� im Abstand 2...4D hinter dem Ventilator

V̇ = c1 · A1 = cR · AR

cR = 1,457 · c1 bzw.pdR = 1,4572 · pd1 = 2,12 · pd1

c1 · = cR · d12 - (0,56 d1)2 = CR · d12 · (1- 0,56)2

= CR · d12 · 0,6864

d12 · �4

�4�4

�4 � �· ·

·

�pDüse

�ps1verstellbareSiebdrossel

Ventilatormit

Nachleitwerk

ohneNachleitwerk

ohne Nachleitwerk mit Diffusor





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Das bedeutet, dass der dynamischeDruck in der Ringströmung mehr alsdoppelt so groß ist wie der auf denvollen Rohrquerschnitt bezogeneDruck!

Berechnung des Nabenstoßverlu-stes:

�p = (cR - c3)2 = 0,21 pd3 = 0,21 pd1

Er ist als „innerer Verlust“ des Venti-lators zu sehen, und ist in der Kenn -linie bereits enthalten, wenn in genü-gendem Abstand hinter dem Laufradgemessen wird.

Wird der Ventilator saugseitig undfreiblasend gemessen und geht derdynamische Druck der Ringströmungin die Totaldruckdifferenz ein, dannist der Nabenstoßverlust nicht in derKennlinie enthalten. Dies müsstedann bei der Auslegung berücksich-tigt werden.

e) Allgemein

Zur Messung des statischen Druckesmittels Wandbohrung empfehlen sichmehrere, gleichmäßig am Umfangverteilte Bohrungen, die über eineRingleitung miteinander verbundensind. So werden Ungleichmäßigkei-ten am besten ausgeglichen und manerhält einen Mittelwert. Der statische

Druck kann nur dann als nahezu kon-stant über den Querschnitt gesehenangenommen werden, wenn dieStromlinien an der Messstelle geradeverlaufen. Das ist hinter Krümmern,Formstücken und Einbauten nicht derFall. Sind die Voraussetzungen zurMessung über Wandbohrungen nichtgegeben, muss der Strömungsquer-schnitt mit einer Drucksonde abgeta-stet und aus den Netzpunktwertender Mittelwert bestimmt werden.

Für Abnahme- und Leistungsmes-sungen gilt die VDI-Richtlinie 2044,der alle Einzelheiten der Versuchsan-ordnung und -durchführung zu ent-nehmen sind.

�

2

6. Regelung vonVentilatoren

Unter der Regelung von Ventilato-ren soll im folgenden die Regelungdes Volumenstromes verstandenwerden.

6.1 DrosselregelungDie einfachste, aber auch unwirt-schaftlichste Regelung ist die Dros-selregelung. Hierbei wird eine ver-stellbare Blende in das System ein-gebaut, mit deren Hilfe die Anlagen-kennlinie verändert wird, was zu neu-en Schnittpunkten mit der Ventilator-kennlinie führt, die weiter links, alsobei kleinerem V̇ liegen.Beispiel: (Radialventilator TROXTLT, RA 11.1, BG 800)

Wirkungsgrade in den SchnittpunktenB : 83 % B1: 84 % B2: 82 %B3: 77 % B4: 70 % B5: 63 %

Das Beispiel zeigt, dass bei der Dros-selregelung die Kennlinie des Venti-lators weiter links, also bei höheremDruck, geschnitten wird, der dannnoch zusätzlich weggedrosselt wer-den muss. Weiterhin sinkt bei stärke-rer Drosselung der Wirkungsgrad desVentilators.Bei einer Drosselung des Volumen-stromes von V̇-Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf von Pw = 21,1 kW aufPw’ = 20,2 kW. Die Veränderung be-trägt also – 4%.

V̇ in m3/s





6.2 DrehzahlregelungWirtschaftlicher, aber aufwendiger,ist die Drehzahlregelung eines Venti-lators mit Hilfe von entsprechenden,regelbaren Elektromotoren. Diese Artder Regelung hat den Vorteil, dassder Ventilator immer im günstigenWirkungsgradbereich betrieben wer-den kann. Die Anlagenkennliniebleibt hierbei erhalten, während dieVentilatorenkennlinie sich analog denProportionalitätsgesetzen verändert.Die Nachteile dieser Regelungsartsind die höheren Anschaffungsko-sten für den elektrischen Frequen-zumrichter zur Drehzahlregelung, so-wie die schlechten elektrischen Wir-kungsgrade im Teillastbereich.Beispiel:

Wirkungsgrad in allen Schnittpunkten83 %!Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB3 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf (ohne Berücksichtigungder elektrischen Verluste) vonPw = 21,1 kW auf Pw’ = 8,8 kW.Diese Veränderung beträgt also– 58 %. Der Gewinn gegenüber derDrosselregelung ist offensichtlich!

6.3 SchaufelverstellungBei Axialventilatoren mit verstellba-ren Schaufeln lässt sich durch Ver-stellung des Schaufelwinkels eineRegelung des Volumenstromes errei-chen.

Beispiel:Wirkungsgrade in den Schnittpunkten:B : 77 % Bo: 78 % B1: 70 %B2: 59 % B3: 50 % B4: 40 %B5: 30 %Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf von Pw = 10,4 kW aufPw’ = 5,7 kW. Die Veränderung be-trägt also –45 %.Bei Axialventilatoren mit verstellba-ren Laufschaufeln werden bei der Re-gelung des Volumenstromes nichtganz die Wirkungsgrade wie bei derDrehzahlregelung erreicht, jedochentfallen die elektrischen Verluste.Bei Axialventilatoren mit „im Lauf ver-stellbaren Schaufeln“ ist der Investi -tionsaufwand beträchtlich höher alsbei „im Stillstand verstellbarenSchaufeln“. Dieser Aufwand lohntsich nur, wenn aus betriebstechni-schen Gründen ein oft veränderlicherVolumenstrom eingestellt werdenmuss.

6.4 DrallreglerVorwiegend bei Radial-, aber auchbei Axialventilatoren können Drallreg-ler eingesetzt werden. Sie werdensaugseitig angebracht und ändern alsverstellbare Vorleitwerke die Rich-tung der Eintrittsgeschwindigkeit c1 indas Laufrad. Sie erzeugen eine Drall-strömung am Laufradeintritt und be-wirken damit eine entsprechende Vo-lumenstromänderung.Beispiel: (Radialventilator, TROXTLT, RA 11.1, BG 800 mit Drallregler)Wirkungsgrade in den Schnittpunkten:

B : 83 % B1: 80 % B2: 60 %B3: 40 % B4: 30 %Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Leis tungs bedarf von Pw = 21,1 kWauf Pw’ = 12,5 kW. Die Veränderungbeträgt also – 41 %.Bei großen Volumenstromänderun-gen ist infolge der rapiden Wirkungs-verschlechterung die Drallregelungnur sinnvoll in Verbindung mit polum-schaltbarem Motor. Z. B. bietet derdreifach polumschaltbare Motor bei100, 75 und 50 % der Nenndrehzahlbei optimalem Wirkungsgrad einenweiten Regelbereich.Die Vorteile der Drallregelung sindder geringere Investitionsaufwandund die Einsatzmöglichkeit von Kurz-schlußmotoren.

Grundlage der Dimensionierung istdeshalb die Ventilatorendrehzahl nvund das Drehmoment an der Ventila-torwelle Mw bzw. die WellenleistungPw

Mw = Drehmoment des Ventilatorsin Nm

Pw = Wellenleistung in kWnv = Ventilatordrehzahl in min–1

In der Lüftungs- und Klimatechnikwerden vorwiegend elastische, direktwirkende Kupplungen eingesetzt. Inbesonderen Fällen (wenn der Motorin der maximalen Anlaufzeit nicht sei-ne Nenndrehzahl erreicht) werdenauch Fliehkraftkupplungen einge-setzt, bei denen erst der Motor aufseine Nenndrehzahl hochläuft unddann der Ventilator von der Kupplungdurch Reibungskräfte beschleunigtwird, bis er seine Betriebsdrehzahl er-reicht hat.

Diese Beziehung gilt für direkten An-trieb. Bei Keilriemenantrieb ist mitdem sog. reduzierten Massenträg-heitsmoment zu rechnen:

Jred. = JM + JV

JV = MassenträgheitsmomentVentilator-Laufrad

JM = MassenträgheitsmomentMotor

Jred. = Summe der Massenträgheits-momente berechnet aus JV + JM

Das Moment Mw kann aufgrund derWellenleistung Pw und der Ventilator-drehzahl nv errechnet werden, dasBeschleunigungsmoment Mb ist vomMotorenhersteller zu erfragen.

7.2 Ventilatoren mit Antrieb überKeilriemen

In der Lüftungs- und Klimatechnik istder Keilriemenantrieb sehr verbreitet.Keilriemen besitzen eine sehr guteHaftung durch die Keilwirkung zwi-schen Riemen und Scheibe. Der Keil-riemen sollte so ausgelegt sein, dassdie Riemengeschwindigkeit nichtgrößer als 20 m/s wird. Die Bestim-mung erfolgt unter Berücksichtigungder DIN 2218 nach Herstellerkatalo-gen, wo nach Wahl des Riemenprofilsin Abhängigkeit von Scheibendurch-messern und Drehzahlen die über-tragbaren Leistungen ermittelt wer-den.

7.3. Kupplungen

Kupplungen dienen zur Verbindungdrehender Maschinenteile, hier alsovon Motor und Ventilatorrad. Sie ha-ben die Aufgabe, bei einer bestimm-ten Drehzahl n ein Drehmoment M zuübertragen.





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7. Auslegung des Antriebes7.1 MotorenDer Leistungsbedarf Pw an der Welledes Ventilators kann berechnet wer-den (siehe 5.1). Im allgemeinenschlägt man dem Leistungsbedarf Pwnoch eine gewisse Leistungsreservezu. Diese beträgt bei direkt angetriebe-nen Ventilatoren etwa 5 bis 10 %, beiüber Keilriemen angetriebenen Venti-latoren je nach Größe 10 bis 20 %.Ein wichtiges Kriterium bei der Motor -auswahl ist die Größe seines Be-schleunigungsmomentes. Diesesmuss in einem bestimmten Verhältniszum Massenträgheitsmoment desVentilators stehen, damit ein ein-wandfreier Anlauf gewährleistet ist.Das Massenträgheitsmoment J be-zieht sich auf die drehenden Teile desVentilators, also Laufrad, Nabe, Wel-le. Es ist das Produkt aus der Masseder drehenden Teile, multipliziert mitdem Quadrat des „Trägheitsra dius“.Es wird im allgemeinen experimentellermittelt und vom Ventilatorenherstel-ler angegeben. Die Motorherstellerlassen im allgemeinen eine Anlauf-zeit von 10 s zu. Damit kann der Mo-tor überprüft werden nach der Bezie-hung:

tA = Anlaufzeit in sJ = Massenträgheitsmoment des

Ventilatorrades und des Motorsin kgm2

nM = Motordrehzahl in min–1

Mb = mittleres Beschleunigungsmo-ment in Nm als Differenz zwi-schen dem Motormoment MMund dem Ventilatormoment Mw

tA =

J · �Mb

� · n30

J ·nM9,55 · Mb

Jred ·nM9,55 · Mb

nvnM( )2

�·n30

Pw�

tA =

Mw = bzw. mit � =

mit: � = ; tA =

wobeiMw = 9549 · Pwnv





8. Explosionsschutz anVentilatoren

(Aktueller Stand Oktober 2008)

8.1 Normative Situation

Die Richtlinie 94/9/EG(ATEX) regeltdie Angleichung der Rechtsvorschrif-ten für die EU Mitgliedsstaaten betreffsGeräte und Schutzsysteme zur bestim-mungsgemäßen Verwendung in explo-sionsgefährdeten Bereichen,ATEX 95.Die ATEX 137, Richtlinie 1999/ 92/ EG,enthält Mindestvorschriften zur Ver-besserung des Gesundheitsschutzesund der Sicherheit der Arbeitnehmerdie durch explosionsgefährdete Atmos-phäre gefährdet werden können.ATEX 95: Für Hersteller von Geräten,Komponenten und Schutzsystemen.ATEX 137: Für die Errichtung von An-lagen sowie Anpassung bestehenderAnlagen.Vorgenannte Richtlinien gelten inDeutschland seit 01.07.2003.Grundsätzliche Anforderungen an dieKonstruktion, Bau, Prüfung und Kenn-zeichnung von nicht-elektrischen Gerä-ten werden in der europäischen Nor-mungsreihe pr EN 13463, Teile 1- 8festgeschrieben.Ventilatoren im allgemeinen Sinne sinddabei als nicht-elektrische Geräte be-trachtet worden.Im Einzelnen beinhaltet diese Nor-mungsreihe:pr EN 13463-1,Mai 2007: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Grundlagen und AnforderungenMit Berichtigung v. Juli 2003.DIN EN 13463-2,Feb.2005: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Schutz durch schwadenhemmendeKapselung.DIN EN 13463-3,Jul.2005: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Druckfeste Kapselung.pr EN 13463-4: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Eigensicher-heit.

DIN EN 13463-5, März 2004: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Konstruktive Sicherheit.

DIN EN 13463-6,Jul.2005: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Zündquellen überwachung.

pr EN 13463-7: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Überdruckkap-selung.

DIN EN 13463-8, Jan.2004: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Flüssigkeitskapselung.

EN 50303, Gruppe I: Kategorie M1-Geräte für den Einsatz in Atmos-phären, die durch Grubengas und/oderbrennbare Stäube gefährdet sind.

DIN EN 1127-1,Feb.2008: Explosions-fähige Atmosphäre-ExplosionsschutzTeil 1: Grundlagen und Methodik.

DIN EN 1127-2,Aug.2008: Weitere nationale Normen: ExplosionsfähigeAtmosphäre-ExplosionsschutzTeil 2: Grundlagen und Methodik inBergwerken.

DIN 14424,Jan.2005: Feuerwehrwe-sen, Explosionsgeschützte tragbareUmfüll-Pumpe mit Elektromotor; Anfor-derungen, Typ- und Abnahmeprüfung.

DIN 14427,Jan.2005: Explosionsge-schützte tragbare Gefahrgut-Umfüll-pumpe mit Elektromotor; Anforderun-gen, Prüfungen.

DIN 14642,Okt.2005: Handscheinwer-fer, explosionsgeschützt mit Fahrzeug-halterung.

DIN 22419-1,Dez.2004: Schlagwetter-geschützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 1: Sicherheitstechni-sche Anforderungen und Prüfungen.

DIN 22419-2,Dez.2004: Schlagwetter-geschützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 2: Zwischen stücke fürEinführungen, SicherheitstechnischeAnforderungen und Prüfungen.

DIN 22419-3,Dez.2004: Schlagwetter-geschützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 3: Anbauflansche fürEinführungen; SicherheitstechnischeAnforderungen und Prüfungen.DIN EN 60079-2,Jul.2008: ElektrischeBetriebsmittel für explosiongefährdeteBereiche; Überdruckkapselung „p“;Deutsche Fassung EN 50016; 1995.DIN EN 50039,Apr. 82: ElektrischeBetriebsmittel für explosionsgefährdeteBereiche; Eigensichere elektrische Sy-steme „i“ (VDE-Bestimmung fürschlagwettergeschützte und explosi-onsgeschützte elektrische Betriebsmit-tel).DIN EN 50050,Apr.2007: ElektrischeBetriebsmittel für explosionsgefährdeteBereiche; Elektrostatische Hand-sprüheinrichtungenDeutsche Fassung EN 50050; 2001.DIN EN 60079-10 (VDE 0165 Teil 101):Elektrische Betriebsmittel für gasexplo-sionsgefährdete Bereiche; Teil 10: Ein-teilung der explosionsgefährdeten Be-reiche (IEC 79-10:1995); DeutscheFassung EN 60079-10; 1996.DIN EN 60079-14 (VDE 0165 Teil 1);Aug.2004: Elektrische Betriebsmittelfür gasexplosionsgefährdete Bereiche;Teil 14: Elektrische Anlagen in explo-sions-gefährdeten Bereichen (ausge-nommen Grubenbaue);(IEC 60079-14:1996) Deutsche FassungEN 60079-14; 1997.DIN EN ISO 10807, Jan.97: Rohrlei-tungen; Flexible gewellte metallischeSchlauchleitungen für den Schutz elek-trischer Leitungen in explosionsgefähr-deter Atmosphäre (ISO 10807:1994)Deutsche FassungEN ISO 10807; 1996.DIN EN 60079-18:Jan.2005: Elek -trische Betriebsmittel für explosionsge-fährdete Bereiche; Vergusskapse-lung“m“; Deutsche FassungEN 50028; 1987.DIN VDE 0170/0171-13,Nov.86: Elek-trische Betriebsmittel für explosionsge-fährdete Bereiche; Anforderungen fürBetriebsmittel der Zone 10.

DIN VDE 0848-5, Jan.01: Sicherheit inelektrischen, magnetischen und elek-tromagnetischen Feldern; Teil 5: Ex-plosionsschutz.





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Es empfiehlt sich, über das EU –Amtsblatt und BundesanzeigerDeutschland die harmonisierten Nor-men und deren Übernahme zu verfol-gen.http://europa.eu.int/comm/enterprise/nando-is/cpdundhttp://bundesanzeiger.de

8.2 Produktnorm VentilatorenDie europäische Produktnorm für Ex-Schutzventilatoren liegt mit DIN EN14986, Mai 2007, vor.Titel : Konstruktion von Ventilatorenfür den Einsatz in explosionsgefähr-deten Bereichen.Auf dem Typenschild ist anzugeben:Gerätegruppe: I oder II ; unterschie-den werden Geräte im Bergbau oderob sie in anderen Anwendungsfel-dern zum Einsatz kommen.Gerätekategorie: Die Kategorien 1bis 3 stufen das erforderliche Maß anSicherheit eines Gerätes ein, wel-ches der Hersteller durch entspre-chende Konstruktionen einzuhaltenhat.

Fördermedium: G = Gas,D = Dust/Staub oderGD = Gas-Staub-GemischeZündschutzart: Definiert die kon-struktive Sicherheit eines Gerätes/Anlage mit Anforderungen an die Ma-terialpaarungen, Spaltmaße, Keilrie-men, Wälzlager uam.Explosionsgruppe: Definiert die Artder explosionsfähigen Gasatmosphä-re in der das Gerät zum Einsatzkommt.Temperaturklasse: Legt die maxi-mal zulässige Oberflächentempera-tur am Gerät fest.

8.3 Kennzeichnungsbeispiel :

Kenn - zeichen

Kenn -ZeichnungExplosionsgeschützterGeräte

Geräte-gruppe

I:Bergbau

II:alle anderenAnwend -ungen

Geräte -kategorie

für II gilt:1: selbst bei

selten auf -tretendenGeräte -störungen

2: auch beiHäufigenGeräte -störungen

3: bei normalenBetrieb

Förder-medium

für II gilt:G: Gase, Dämpfe,

Nebel

D: Staub-Luft-gemisch

GD: Gas undStaub

Zündschutz-art

b: Zündquellen -überwachung

c: KonstruktiveSicherheit

Explosions -gruppe

II A

II B

II C

Temperatur klasse

T1: max. 450°C

T2: max. 300°C

T3: max. 200°C

T4: max. 135°C

T5: max. 100°C

T6: max. 85°C




8.4 Konstruktionshinweise

Auszugsweise werden nachstehendKonstruktionshinweise aus der Pro-duktnorm vorgestellt.

Kategorie 1 : Gas• Alle Anforderungen der Kategorie 2

müssen erfüllt sein.• Taperlock-Naben und Keilriemenan-

triebe sind nicht erlaubt.• Ein Dichtigkeitstest betreffs Gasdicht-

heit ist durchzuführen.• Am Saug-und Druckstutzen sind

Flammstopper zu setzen.

• Für Kategorie 1-Außen- sind die An-forderungen nach DIN EN 13463-3 zuerfüllen.

Kategorie 2 : Gas und Staub

• Alle Anforderungen der Kategorie 3müssen erfüllt sein.

• Über 5,5 kW Antriebsleistung sind Ta-perlock-Naben nicht erlaubt.

• Das Ventilatorgehäuse ist durchge-hend zu schweißen.

• Die Wälzlagerlebensdauer ist mit40.000 Stunden zu bemessen.

Kategorie 3 : Gas und Staub• Schutz gegen Eindringen von Fremd-

körpern.• Ablagerungen innerhalb des Ventila-

tors sind zu vermeiden.• Ventilatorantrieb und Kupplung ent-

sprechend DIN EN 13463-5.• Wellendichtung, Wälzlager, Bremsen

und Bremssysteme sind nach DIN EN13463-5 auszuführen.

• Über 15 kW Antriebsleistung sind Ta-perlock-Naben nicht zulässig.

Zulässige Werkstoffpaarungen vonLaufrädern und Ventilatorgehäusensind in der Produktnorm DIN EN 14986:2007 aufgeführt.

8.5 Explosionsgeschützte Ventila-torenbauart am Beispiel einesRadialventilators, direkt ange-trieben

Die explosionsgeschützte Ventilato-renbauart bedingt nachfolgendeMaß nahmen:

�� Vergrößerter Spalt zwischenLaufrad und Ansaugdüse. Geeig-nete Werkstoffpaarung Laufradund Ansaugdüse.

�� Berührungsfreie Wellenabdich-tung durch Labyrinthe damit Wär-mebildung vermieden wird. ZurVermeidung von Leckluft zusätz-liche Umführungsleitung zum An-saug. Laufrad mit Rückenschau-feln zur Druckentlastung.

�� Wälzlager mit langer Lebensdau-er. Besondere Sicherung von Na-be und Welle gegen Verschie-bungen. Lagergehäuse durchPassstifte gesichert.

�� Biegesteife Antriebswellen. HoheReserve der kritischen Drehzahlzur Betriebsdrehzahl.

�� Ableitung elektrostatischer Aufla-dungen. – Siehe nebenstehendeErdungsskizze –

�� 2 Kohlebürsten haben durch Fe-derkraft Kontakt zur Ventilatoren-Antriebswelle. Statische Aufla-dungen werden somit über dieKohlenbürsten, die Messing-Hal-terung und über ein bauseitigesErdungskabel abgeführt.

�� Bauseitig sind Vorkehrungen zutreffen, dass keine Fremdkörperin die Ventilatoren gelangen kön-nen, die Ventilatorenteile defor-mieren oder Funken erzeugen.

�� Bei einer explosionsgeschütztenVentilatorenbauart ist immer derDirektantrieb über Kupplung zubevorzugen.

Laufrad mit Rückenschaufeln

�

�

Antriebs-welle

Kupfer

Erdung

Fundament

�

� �

�

�

�

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9.1 Frei ansaugende Ventilatorenohne Anströmdüse

9. Einbau- undAuslegungshinweise

Bei der Auslegung eines Ventilators,dessen Auswahl anhand der gemes-senen Kennlinien erfolgt, sollte manstets die vorgesehene Einbausitua -tion mit der Messanordnung bei derKennlinienermittlung vergleichen.Nicht selten werden Ventilatoren inAnlagen strömungstechnisch ungün-stig eingebaut, so dass die Bedingun-gen ganz anders sind und deshalbder Betriebspunkt auf der Kennliniegar nicht erreicht werden kann. Hier-zu einige Hinweise.

Ventilatorkennlinien werden auf demPrüfstand stets mit Einströmdüse ge-messen. Entfällt diese, wie hier ge-zeigt, so verlaufen die Stromlinien,bedingt durch den scharfkantigenFlansch, wie skizziert. Die Strömungschnürt sich ein, die Folge ist eineungünstige Beaufschlagung derSchaufeln.Hierdurch ergeben sich Minderlei-stungen, d. h. die Ventilatorkennlinieder Prüfstandmessung, die im Kenn-linienblatt angegeben ist, wird nichterreicht.

9.2 Frei ausblasende Axial-Ventila-toren

Betrachtet wird hier das Beispiel aus5.6, Abschnitt d. Dort wurde errech-net, dass sich bei einem Nabenver-hältnis von 0,56 die Austrittsge-schwindigkeit cR = 1,46 c1 und der dy-namische Druck pdR = 2,12 pd1 ergibt.

Bei dieser Einbauart geht derDruckrückgewinn verloren. Er beträgtnach 5.6: 2,12 pd1 – 1,12 pd1 = 1,0 pd1,da der Nabenstoßverlust 1,12 pd1 be-trägt (prüfen, ob dieser aufgrund derMessanordnung in der Ventilator-kennlinie enthalten ist!).

Dieser Verlust des Druckrückgewinnsvon 1 x pd (bezogen auf den vollenRohrquerschnitt), ist bei der Wider-standsberechnung den anderen An-lagenwiderständen hinzuzuzählen!Zu beachten ist ferner bei der Wider-standsberechnung, dass unmittelbarhinter dem Ventilator angeordneteElemente, z. B. Wärmetauscher, aufder Ringfläche mit höheren Anström-geschwindigkeiten beaufschlagt wer-den, was zu höheren Widerstands-werten führt.






Eine Verbesserung der Verhältnisseist durch saugseitige Anordnung derElemente oder mit einem Diffusor zuerreichen.In diesem Falle soll bei sonst gleichenVerhältnissen wie zuvor der äußereDiffusordurchmesser das 1,25 fachedes Axialventila tordurchmessers be-tragen.Damit wird der Ringquerschnitt:

Hieraus ergibt sich cR3 = 0,8 c1 undpdR3 = 0,64 pd1. Damit lässt sich derAustritts-Stoßverlust erheblich redu-zieren.Diffusoren sind strömungstechnischsehr empfindlich, da die Abströmungaus Ventilatoren nie ganz gleich-mäßig ist, was eventuell zu einemNichtanliegen der Strömung an derDiffusorwand führt. Abgelöste Strö-mung erhöht aber den Widerstands-beiwert �.Der Diffusor muss als Bauelement mitseinen Verlusten der Anlage zuge-rechnet werden, wobei die Abschät-zung der Verhältnisse unsicher ist.Vorzuziehen ist deshalb die Messungvon Ventilator und Diffusor als Ein-heit, wie es auch in 5.6 bei den Mes-sanordnungen dargestellt ist.Eine weitere Möglichkeit zur Vermin-derung des Austritts-Verlustes undder Verbesserung der Beaufschla-gung nachfolgender Elemente, bietetder Einbau eines Prallplatten- oderRadialdiffusors.Durch Versuche wurden optimaleWerte für

ermittelt.

AR3 = –(1,25D)2�4

(0,56D)2�4

� 0,15 und � 1,5bD

D’D





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9.4 Radial-Ventilatoren im Rohrsystem

Bei dem Einbau eines Ventilators insRohrsystem ist darauf zu achten,dass die Anströmung und Abströ-mung ungestört und möglichst gleich-mäßig ist. Saugseitig sind Einbausi-tuationen unmittelbar hinter Quer-schnittssprüngen, Krümmern usw. zu

vermeiden. Insbesondere ist daraufzu achten, dass die Anströmung undAbströmung nicht schräg oder drall-behaftet erfolgt, da sonst Abrisser-scheinungen an den Laufrädern undgravierende Minderleistungen mög-lich sind.

9.3 Parallelbetrieb, Hintereinander-schaltung

Bei Parallelschaltung von Ventilato-ren können sich Schwierigkeiten er-geben, wenn ihre Kennlinien einenScheitel- bzw. Wendepunkt haben.(speziell bei Axialventilatoren) Die re-sultierende Kennlinie zeigt dann fol-gendes Bild:

Die bei der resultierenden Kennlinieauftretende Schleife in der Nähe desScheitels führt dazu, dass es drei Be-triebspunkte, 1, 2 oder 3, geben kann,zwischen denen der Ventilator hin-und herpendelt (instabiler Betrieb).Bei der Auslegung ist also ein Be-triebspunkt genügend weit rechtsvom Scheitel (bei Axialventilator Ab-risspunkt) zu wählen.

Werden Radialventilatoren hinterein-andergeschaltet zum Zwecke derDruckerhöhung, so bedingt die kon-struktive Gegebenheit des Radial-ventilators meist eine längere Kanal-strecke zur Verbindung vom Auslass-stutzen des 1. Ventilators mit demAnsaugstutzen des zweiten. In dieserStrecke lassen sich in der Regel Vor-kehrungen treffen, die eine vernünfti-ge Anströmung der zweiten Stufe ge-währleisten. Damit kann man beimRadialventilator nahezu von einer Ad-dition der �-Werte bei Hintereinan-derschaltung ausgehen.Beim Axialventilator werden meistbeide Stufen unmittelbar hintereinan-der angeordnet. Die gestörte Abströ-mung der ersten Stufe beeinflusst al-so unmittelbar die Anströmung derzweiten. Aus diesem Grunde ist nurmit einer Erhöhung der Druckziffervon ca. 1,6 zu rechnen.

B1: Betriebspunkt, wenn 1 Ventilatorläuft.

B2: Betriebspunkt, wenn beide lau-fen.

A1: Anlagenparabel zu hoch, instabi-ler Bereich.

A2: Auslegung in Ordnung.





Der ideale Einbauzustand entsprichtder Messstrecke, bei einer An- undAbströmrohrleitung von 2,5 x D(D = Ø Ventilator).Bei sämtlichen Abweichungen vomIdealeinbauzustand sind Leistungs -verluste möglich.

Die elastischen Stutzen (flexibleVerbindungen) vor und nach demVentilator müssen sorgfältig ent -sprechend der Einbaulänge ohnejeglichen Versatz eingebaut werden.Andererseits kommt es zu einerLeistungsminderung und Geräusch -erhöhung. Elastische Stutzen dienennicht als Passstücke für eventuellenAusgleich von Montageunge -nauigkeiten.

Bei freiem Ansaug des Ventilators isteine optimierte Anströmdüse zwin -gend vorzusehen. Ohne sie kommt eszu enormen Leistungsverlusten undeiner Geräuschpegelerhöhung.

Ein Anschluss wie oben abgebildet,darf in der Praxis auf keine Fallmontiert werden.

In unvermeidbaren Sonderfällen istein Übergangsstück (Konus) sowieein Rohr von 2,5 D (D = Ø Ventilator)vorzusehen.

Um den Unfallverhütungsvorschriftenzu genügen, muss ein Schutzgitter vorder Anströmdüse angebracht sein.

Bei einer Anströmung von unten,durch Decke oder Ansaugkanalsollten bei erforderlichem Klappen -einbau gegenläufige Klappen ver -wendet werden, damit die nachfol -genden Leitbleche optimal angeströmtwerden.

Der elastische Stutzen (zweiNenngrößen > die Ventilatornenn -größe) bringt zusätzlich eine verbes-serte Anströmung und ein günstigeresGeräuschverhalten.

Bei gerader Anströmung aus einemgrößeren Kanal oder Ansaugkammerverbessert der um zwei Nenngrößengrößer dimensionierte elastischeStutzen in Verbindung mit der An -ström düse wesentlich die Anströmungund das Geräuschverhalten.

Die Anströmung, wie in Abb. 6dargestellt, wird zu einem erheblichenLeistungsverlust führen.

Beim Einbau eines Axialventilatorsdirekt nach einem Bogen entsteheneine enorme Minderleistung sowieeine Geräuschpegelerhöhung. Ist der

Einbau einer Anströmstrecke von2,5 x D nicht möglich, so müssenLeitbleche eingebaut werden.(Einteilung und Abmessung sieheAbb. 5.1)

2,5 x D 2,5 x D

200

2,5 x D

a

b

Leitbleche

Klappengegenläufig

b = 0,6 x aminimal fünf Stückbesser mehr,z. B. acht Bleche

9.5 Einbauhinweise für Axialventilatoren





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Bei freiem Ausblas muss alsStoßverlust der dynamische Druck aufdie Ringfläche des Ventilators (FlächeVentilator-Fläche Nabe) angerechnetwerden.

Um hohen Stoßverlust, Verwirbe -lungen und starke Geräuschentwick -lung zu vermeiden, ist bei druckseiti -gem Einbau von Kulissenschall -dämpfern ein Diffusor mit Innenkernsowie eine Druckkammer zuempfehlen. Bei großen Querschnittenkann zusätzlich zur besseren

Verteilung der Luft ein entsprechen -des Gitter (Lochblech) in die Druck -kammer eingebaut werden, empfeh -lens wert auch bei Filtern, Heizbat -terien usw. Die Schalldämpfkulissensind mit Anströmkalotten zu versehen.

Bei einem freien Ausblas mit einem Rohrvon 2,5 x D kann die gesamte Flächegemäß Nennweite des Venti la tors zurStoßverlustberechnung heran gezogenwerden. (Strömung gleichgerichtet)

Die Praxis zeigt, dass sehr oftVentilatoren derart beengt eingebautwerden, dass eine Wartung oder Repa -ratur fast unmöglich ist, bzw. nur mitenormem Kostenaufwand durchgeführtwerden kann. Ventilatoren sind Maschi -nen mit Verschleißteilen. Deshalb ist eswichtig, den erforderlichen Freiraumum Reparaturen und Wartungen

ausführen zu können, einzuplanen. AufDachflächen (besonders Warm -dächern) ist darauf zu achten, dass beider Aufstellung der Ventilatorengenügend feste Stellflächen vorhandensind. Auch sollte die Möglichkeitbestehen, ein Montagegerüst über undum die Ventilatoren stellen zu können.

Diffusoren können den Stoßverlustbezogen auf den Verlust entsprechendAbb. 8 um ca. 70% verringern.

maximaler Stoßverlust um 50% geringerer Stoßverlust um 70% geringerer Stoßverlust

hoher Stoßverlust

Bei Kammereinbau müssen die ange -gebenen Mindestabstände zwingendeingehalten werden. Sollten mehrereVentilatoren nebeneinander aufge -stellt werden, so muß der Abstandzwischen den Ventilator-Anström-düsen mindestens 0,5 x D betragen.

Kammereinbau

Dies gilt sinngemäßauch für den Einbauin Rohr- bzw.Kanalleitungen.

In großen Ansaugkammern mitverschiedenen Luftströmungen kann eszur drallbehafteten Anströmung derVentilatoren kommen. Dies hatLeistungsverluste zur Folge. Bei

Einbausituationen wie dieser sollte dasvorgeschlagene Drallgitter gleichvorgesehen werden, bzw. soeingeplant werden, dass eineNachrüstung noch möglich ist.

Sammelsaug-kammer

Hier besteht dieGefahrdrallbehafteterLuft strömung. Wirempfehlen einDrallgitter(Leitbleche).

freiausblasend

freiausblasend

freiausblasend

Diffusor mit Innenkern2,5 x D

0,5 x D

min.0,5xD

1 x Ventilator-Nenngröße+ min. 1 m

0,5 x Ventilator-Nenngröße

FrontansichtLeitbleche Seitenansicht

Leitbleche

0,5 x D

Anströmkalotten

Diffusor mitInnenkern

Lochblech

TROX TLT GmbHAm Weinberg 68D-36251 Bad HersfeldTelefon + 49(0) 66 21 / 950-0Telefax + 49(0) 66 21 / 950-100E-mail [email protected]

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Grundlagen der Ventilatorentechnik - TROX · 9.4 Radial-Ventilatoren im Rohrsystem . . .47 9.5...

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