Lüfterdrehzahl wenn Luftstrom blockiert wird?

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Was passiert, wenn ich den Luftstrom eines Gebläses blockiere?
Dreht sich dieser schneller oder langsamer? Bzw von welchen Faktoren hängt dies ab.

Beispiel Staubsauger:
Wird die Ansaugöffnung blockiert, dreht sich der Motor eindeutig schneller (aufheulen). Vermutlich, weil keine Luft gefördert werden muss und dadurch das nötige Drehmoment kleiner wird.

Leider konnte ich nicht eindeutig testen, wie sich die Drehzahl verändert wenn die Ausblasseite blockiert wird.

Der Effekt des reduzierten Moments wird meines Wisses auch zur Anlaufstromreduzierung von großen Gebläsen verwendet.

Jetzte das Problem:
Ich habe gehört, dass es bei Turbomotoren Blow-Off Ventile gibt.
Wenn kein Gas gegeben wird, und die Drosselklappe zu ist, drückt der Turbolader die Lüft gegen die Drosselklappe.
Um dies zu verhindern, gibt es nun diese Ventile, die dann den Druck entweichen lassen. Angeblich soll dies dazu führen, dass der Turbolader eine hohe Drehzahl behält und das Ansprechverhalten bei erneutem Gas geben verbessert wird.

Das steht jetzt ja im Wiederspruch zum Staubsauger.

Und auch beim Test mit einem Haartrockner hat sich die Drehzahl reduziert, wenn man die Ein- oder Auslasseite blockiert hat.

Von was hängt es also ab, ob die Drehzahl des Gebläses steigt oder fällt, wenn Ein- oder Auslass blockiert werden?

#2

Was passiert, wenn ich den Luftstrom eines Gebläses blockiere?
Dreht sich dieser schneller oder langsamer? Bzw von welchen
Faktoren hängt dies ab.

Beispiel Staubsauger:
Wird die Ansaugöffnung blockiert, dreht sich der Motor
eindeutig schneller (aufheulen). Vermutlich, weil keine Luft
gefördert werden muss und dadurch das nötige Drehmoment
kleiner wird.

Leider konnte ich nicht eindeutig testen, wie sich die
Drehzahl verändert wenn die Ausblasseite blockiert wird.

Der Effekt des reduzierten Moments wird meines Wisses auch zur
Anlaufstromreduzierung von großen Gebläsen verwendet.

Auch hier meistens als Pumpverhütung. Leistungsrduzierung dadurch, weil der Betriebsdruck nicht erreicht wird und erst nach dem Beschleunigen des Turbosatzes aufgebaut wird.

Jetzte das Problem:
Ich habe gehört, dass es bei Turbomotoren Blow-Off Ventile
gibt.
Wenn kein Gas gegeben wird, und die Drosselklappe zu ist,
drückt der Turbolader die Lüft gegen die Drosselklappe.
Um dies zu verhindern, gibt es nun diese Ventile, die dann den
Druck entweichen lassen. Angeblich soll dies dazu führen, dass
der Turbolader eine hohe Drehzahl behält und das
Ansprechverhalten bei erneutem Gas geben verbessert wird.

Das ist ein Massnahme, damit der Verdichter nicht Pumpt. Luftverdichter haben haben oftmals eine instabile Kennlinie, derart, dass nach Verd. sich ein Druck aufbaut und weil der Strom nicht weiterfließt und wenn dabei die Kennlinie absinkt der Massenstrom in den Verdichter zurückdrückt. Nebe der mechan. Beanspruchung kommt die thermische…! Diese Ventile garantieren eine Mindestdurchströmung.

Wenn der Massnsrom -egal durch welche Massnahme reduziert oder unterdrückt wird, wird der Antrieb entlastet und die Drehzahl kann ansteigen. Bei Durchströmung = 0 ist theoret. die Leistung auch =0, dazu kommen allerdings die Reibungsverluste weil der Verdichter im eigenen Saft rotiert.

Das steht jetzt ja im Wiederspruch zum Staubsauger.

Und auch beim Test mit einem Haartrockner hat sich die
Drehzahl reduziert, wenn man die Ein- oder Auslasseite
blockiert hat.

Von was hängt es also ab, ob die Drehzahl des Gebläses steigt
oder fällt, wenn Ein- oder Auslass blockiert werden?

Von der Kennlinie, d.h. der Kurve die den Zusammenhang zwischen Leistung und Massenstrom zeigt.

Wofgang D.

#3

Hallo,

Was passiert, wenn ich den Luftstrom eines Gebläses blockiere?
Dreht sich dieser schneller oder langsamer? Bzw von welchen
Faktoren hängt dies ab.

Hängt von der Bauform und der Kennlinie ab.
Z.B. einfache Axiallüfter laufen bei blockiertem Luftstrom schneller.
Da wird normal die reingesteckte Lüfterleistung in die Bewegungsenergie
des Luftstromes umgesetzt. Ohne effektiven Luftstrom wird nur die Luft
im Lüfter in Rotation versetzt.

Dagegen laufen z.B. Seitenkanalverdichter langsamer.

Beispiel Staubsauger:
Wird die Ansaugöffnung blockiert, dreht sich der Motor
eindeutig schneller (aufheulen). Vermutlich, weil keine Luft
gefördert werden muss und dadurch das nötige Drehmoment
kleiner wird.

-> siehe oben, das wird auch noch der Druck im Lüfter reduziert.
Dadurch reduziert sich auch der Lüftwiderstand.

Leider konnte ich nicht eindeutig testen, wie sich die
Drehzahl verändert wenn die Ausblasseite blockiert wird.

Bei Lüftern mit sehr geringem Wirkdruck (z.B. PC-Lüfter) macht die
Änderung der Dichte durch Saugen oder Drücken kaum einen Unterschied,
weil die eh nur einen winzigen Wirkdruck haben.

Beim Staubsauger sieht das schon anders aus, weil die schon einen
ordentlichen Wirkdruck haben.
Bei Saugbetrieb reduziert sich der Druck auf der Saugseite doch erheblich
und bei Verschluss des Ausganges geht der Druck deutlich hoch.
Dementsprechend hat man 2 Effekte, die sich überlagern.

  1. Geringerer Leistungsbedarf bei Volumenstrom gegen Null -> schneller
  2. Höhere Leistungsbedarf bei erhöhten Druck, mehr Reibung -> langsamer

Jetzte das Problem:
Ich habe gehört, dass es bei Turbomotoren Blow-Off Ventile gibt.
Wenn kein Gas gegeben wird, und die Drosselklappe zu ist,
drückt der Turbolader die Lüft gegen die Drosselklappe.
Um dies zu verhindern, gibt es nun diese Ventile, die dann den
Druck entweichen lassen. Angeblich soll dies dazu führen, dass
der Turbolader eine hohe Drehzahl behält und das
Ansprechverhalten bei erneutem Gas geben verbessert wird.
Das steht jetzt ja im Widerspruch zum Staubsauger.

Nicht unbedingt, der Turbolader arbeitet ja gegen Druck und nicht
wie Staubsauger im Saugbetrieb und der Wirkdruck ist nicht gerade klein.

Und auch beim Test mit einem Haartrockner hat sich die
Drehzahl reduziert, wenn man die Ein- oder Auslasseite
blockiert hat.

Das Ding hat ja auch einen Wirkungsgrad, der reinweg lächerlich ist,
dafür aber einen recht großen max. Volumenstrom .
Wenn das 3…5mBar bei rauskommen, ist es viel. Bei 1013mBar Umgebungsdruck
hast du also z.B. mal 1010mbar und dann 1016mBar.
Da spielt die Änderung der Dichte und damit der Viskosität des Medium
noch keinen Rolle.
Gruß Uwi

#4

Hallo,

Von was hängt es also ab, ob die Drehzahl des Gebläses steigt
oder fällt, wenn Ein- oder Auslass blockiert werden?

Von der Art des Gebläses bzw. der Turbine. Wird der Luftstrom blockiert, bildet sich ein Gegendruck. Bei einem Propeller (z.B. in einem PC-Lüfter) wirkt der Gegendruk bremsend, da er gegen die Drehrichtung auf das Lüfterrad drückt–> Drehzahl sinkt. In einer Staubsaugerturbine wird die Luft wie in einer Kreiselpumpe nach außen geschleudert. Die Turbine wird dadurch gebremst, dass die Luft vom Achsnahen Bereich in den äußeren Bereich geschleudert wird. Dabei wird die Luftmasse von den Lamellen des Turbinenrades entsprechend der Bahngeschwindigkeit beschleunigt und bremst dadurch die Turbine. Bei einer Blockade des Luftstromes rotiert die Luftmasse nur in der Turbine, ohne dabei weitere Energie aufnehmen zu können. Das Turbinenrad wird also weniger gebremst und der Gegendruck erzeugt kein Drehmoment gegen die Drehrichtung --> Die Drehzahl erhöht sich. Beim Staubsauger ist von Vorteil, weil dann der Motor im Falle einer Blockade nicht sofort wegen Überlastung in Verbindung mit fehlender Kühlung durchbrennt. Das kann aber wieder anders sein, wenn die Lamellen des Turbinenrades spiralförmig in Drehrichtung geformt sind.

Jörg

#5

Hallo Uwi,

-> siehe oben, das wird auch noch der Druck im Lüfter
reduziert.
Dadurch reduziert sich auch der Lüftwiderstand.

Nun ist es aber so, dass der Staubsaugermotor auch dann schneller läuft, wenn man die Ausblaßöffnung blockiert. Damit wäre die These mit dem geringeren Luftwiderstand hinfällig.

Beim Staubsauger sieht das schon anders aus, weil die schon
einen
ordentlichen Wirkdruck haben.
Bei Saugbetrieb reduziert sich der Druck auf der Saugseite
doch erheblich
und bei Verschluss des Ausganges geht der Druck deutlich hoch.
Dementsprechend hat man 2 Effekte, die sich überlagern.

  1. Geringerer Leistungsbedarf bei Volumenstrom gegen Null ->
    schneller
  2. Höhere Leistungsbedarf bei erhöhten Druck, mehr Reibung ->
    langsamer

Ich vermute mal sehr stark, dass Du das nie ausprobiert hast :wink:

Jörg

#6

Hallo,

Von was hängt es also ab, ob die Drehzahl des Gebläses steigt
oder fällt, wenn Ein- oder Auslass blockiert werden?

Von der Art des Gebläses bzw. der Turbine. Wird der Luftstrom
blockiert, bildet sich ein Gegendruck. Bei einem Propeller
(z.B. in einem PC-Lüfter) wirkt der Gegendruk bremsend, da er
gegen die Drehrichtung auf das Lüfterrad drückt–> Drehzahl
sinkt.

Zitat:
„Ich vermute mal sehr stark, dass Du das nie ausprobiert hast :wink:“

Das ist eindeutig falsch. Normale Axiallüfter, wie sie in PC verbaut
werden, laufen schneller, wenn der Luftstrom zugemacht wird.
Dabei ist es auch egal. auf welcher Seite.

Radiallüfter verhalten sich ähnlich, zumindest solange der Wirkdruck
rel. gering ist.
Gruß Uwi

#7

Hallo,

-> siehe oben, das wird auch noch der Druck im Lüfter
reduziert.
Dadurch reduziert sich auch der Lüftwiderstand.

Nun ist es aber so, dass der Staubsaugermotor auch dann
schneller läuft, wenn man die Ausblaßöffnung blockiert. Damit
wäre die These mit dem geringeren Luftwiderstand hinfällig.

Warum läßt du meine voherigen Aussagen einfach weg, und deklarierst
nur diesen zusätzlichen Effekt als vermeintlichen Hauptgrund?
So kommt man natürlich zu falschen Schlussfolgerungen.

Beim Staubsauger sieht das schon anders aus, weil die schon einen
ordentlichen Wirkdruck haben.
Bei Saugbetrieb reduziert sich der Druck auf der Saugseite
doch erheblich
und bei Verschluss des Ausganges geht der Druck deutlich hoch.
Dementsprechend hat man 2 Effekte, die sich überlagern.

  1. Geringerer Leistungsbedarf bei Volumenstrom gegen Null ->
    schneller
  2. Höhere Leistungsbedarf bei erhöhten Druck, mehr Reibung ->
    langsamer

Ich vermute mal sehr stark, dass Du das nie ausprobiert hast :wink:

Da ich praktisch ziemlich viel mit Lüftern und Gebläsen zu tun habe,
kenne ich schon das Verhalten solcher Teile aus praktischer Erfahrung.
Zum Verhalten des Staubsaugers habe ich auch nicht behauptet,
dass von vorn herein klar wäre, welcher Effekt überwiegt.
Wenn der Motor trotz max. Staudruck hoch läuft, dann überwiegt offenbar
der Effekt, den ich schon im ersten Posting als erstes genannt habe und
den du ja ebenfalls beschreibst.
/t/luefterdrehzahl-wenn-luftstrom-blockiert-wird/528…

#8

Hallo Sway,

Bei einem Lüfter handelt es sich um eine Strömungsmaschine (nicht Verdrängunsmaschine).

Hier wird die Leistung wie folgt berechnet (bei idealem Wirkungsgrad):

P=Volumenstrom * Druckdifferenz

Die Druckdifferenz steigt zwar, der Volumenstrom geht jedoch gegen Null! Daher geht die Leistung gegen Null und die Drehzahl steigt gegen den Grenzwert!

Gruß

#9

Hallo,

Bei einem Lüfter handelt es sich um eine Strömungsmaschine
(nicht Verdrängunsmaschine).
Hier wird die Leistung wie folgt berechnet (bei idealem
Wirkungsgrad):
P=Volumenstrom * Druckdifferenz

Nicht ideal kommt natürlich noch eine Anteil Leistung, der infolge
Reibung zu Wärme umgesetzt wird. Dieser Anteil ist dann aber z.B.
auch von der Viskosität des Mediums (also z.B. auch von der Dichte)
des Medium anhängig.
Gruß Uwi

#10

Von der Art des Gebläses bzw. der Turbine. Wird der Luftstrom
blockiert, bildet sich ein Gegendruck. Bei einem Propeller
(z.B. in einem PC-Lüfter) wirkt der Gegendruk bremsend, da er
gegen die Drehrichtung auf das Lüfterrad drückt–> Drehzahl
sinkt.

Zitat:
„Ich vermute mal sehr stark, dass Du das nie ausprobiert hast
:wink:“

Das ist eindeutig falsch. Normale Axiallüfter, wie sie in PC
verbaut
werden, laufen schneller, wenn der Luftstrom zugemacht wird.
Dabei ist es auch egal. auf welcher Seite.

Hast Du das wirklich mal ausprobiert ? Wenn ja, wie ? Es mag sein, dass es solche Lüfter gibt. Ich habe hier jedenfalls eine große Sammlung von Axial-Standardlüftern verschiedenster Hersteller und die laufen alle langsamer, wenn der Luftstrom blockiert wird; je größer der Durchmesser umso größer der Effekt.
Offensichtlich doch nicht so „eindeutig falsch“

Jörg

#11

Hallo,

Hast Du das wirklich mal ausprobiert ? Wenn ja, wie ?

Ja, habe ich tatsächlich. Vor einigen Wochen erst mit einem
Axiallüfter (Papst, D=120mm) und auch mit einem kleinen Radiallüfter (EBM)
um den max. Wirkdruck zu prüfen.

Beim Axiallüfter habe ich das Teil auf eine glatte Schaumgummiplatte
gelegt. Beim Radiallüfter kann man einfach die Flansche zuhalten.
Das Ergebniss entsprach meiner Erwartung. Die Leistung bleibt etwa konstant,
aber die Drehzahl läuft höhrbar höher.

Auch in allen Kennlinien wird es so plausibel dargestelt, dass der
Wirkdruck bei Volumenstrom gegen Null am größten ist.
Da der Wirkdruck aber mit der Umfanggeschwingigkeit des Lüfterrades
steigt, scheint es mir auch logisch, dass bei höherem Durchfluss der
Wirkdruck sinkt, weil eben die Drehzahl wegen der höheren Belastung sinkt.

Es mag sein, dass es solche Lüfter gibt. Ich habe hier jedenfalls
eine große Sammlung von Axial-Standardlüftern verschiedenster
Hersteller und die laufen alle langsamer, wenn der Luftstrom
blockiert wird; je größer der Durchmesser umso größer der Effekt.
Offensichtlich doch nicht so „eindeutig falsch“

Hm, da habe ich momentan keine Erklärung für, es sei denn, die
Elektronik spielt da irgendwie mit rein. Da es üblicherweise
elektronisch kommutierte Motoren sind, kann man da auch direkt von der
Belastung auf die Drehzahl einwirken. Keine Ahnung, ob es bei deinen
Lüftern so ist. Prüfen kannst du das, wenn du nicht nur die Drehzahl,
sondern die Leistungsaufnahme mit kontrollierst. Diese sollte nach der
Theorie (siehe Posting von Sawyer) mit dem Volumenstrom zunehmen.
Gruß Uwi

#12

Hallo,

Das Ergebniss entsprach meiner Erwartung. Die Leistung bleibt
etwa konstant,
aber die Drehzahl läuft höhrbar höher.

Da höhere Drehzahl geringere Last bedeutet, sollte die Leistung eigentlich niedriger werden, wenn die Drehzahl höher wird.

Auch in allen Kennlinien wird es so plausibel dargestelt, dass
der
Wirkdruck bei Volumenstrom gegen Null am größten ist.

Da waren, bzw. sind wir uns einig, aber der Wirkdruck sagt ja nichts über das Drehmoment am Lüfterrad aus.

Da der Wirkdruck aber mit der Umfanggeschwingigkeit des
Lüfterrades
steigt, scheint es mir auch logisch, dass bei höherem
Durchfluss der
Wirkdruck sinkt, weil eben die Drehzahl wegen der höheren
Belastung sinkt.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Wirkdruck bei höherem Durchfluss auch dann sinkt, wenn die Drehzahl per Regelung konstant gehalten wird. Das ergibt sich schon alleine aus dem Gesetz von Bernoulli.

Es mag sein, dass es solche Lüfter gibt. Ich habe hier jedenfalls
eine große Sammlung von Axial-Standardlüftern verschiedenster
Hersteller und die laufen alle langsamer, wenn der Luftstrom
blockiert wird; je größer der Durchmesser umso größer der Effekt.
Offensichtlich doch nicht so „eindeutig falsch“

Hm, da habe ich momentan keine Erklärung für, es sei denn, die
Elektronik spielt da irgendwie mit rein. Da es üblicherweise
elektronisch kommutierte Motoren sind, kann man da auch direkt
von der
Belastung auf die Drehzahl einwirken. Keine Ahnung, ob es bei
deinen
Lüftern so ist. Prüfen kannst du das, wenn du nicht nur die
Drehzahl,
sondern die Leistungsaufnahme mit kontrollierst. Diese sollte
nach der
Theorie (siehe Posting von Sawyer) mit dem Volumenstrom
zunehmen.

Das ist offensichtlich nicht der Fall. Elektronisch kommutierte Lüftermotoren verhalten sich da ähnlich wie andere Motoren: Das Drehmoment und die Leistungsaufnahme sinken mit steigender Drehzahl.
Das war bei allen Versuchen auch deutlich meßbar: Der im Luftstrom blockierte Lüfter dreht langsamer und zieht mehr Strom.
Interessanterweise habe ich bei weiteren Stichproben einen 80-er Sunon Lüfter gefunden, der etwas schneller wird, wenn man die Ansaugseite blockiert, jedoch langsamer wird, wenn die Ausblasseite blockiert wird. Andere Sunon Lüfter werden dagegen nur langsamer oder der Effekt ist unmerklich (hauptsächlich kleinere Lüfter).

Jörg

#13

Hallo,

Es mag sein, dass es solche Lüfter gibt. Ich habe hier jedenfalls
eine große Sammlung von Axial-Standardlüftern verschiedenster
Hersteller und die laufen alle langsamer, wenn der Luftstrom
blockiert wird; je größer der Durchmesser umso größer der Effekt.
Offensichtlich doch nicht so „eindeutig falsch“

ich habe heute noch mal paar Lüfter ausprobiert, die mir gerade zur
Verfügung standen. Die meisten waren rel. kleine Lüfter (ca. 60mm )
Durchmesser. Bei diesen war ein Hochlaufen deutlich hörbar, wenn man
sie einseitig zuhält.
Bei einem größeren Lüfter (ca. 130mm) war der Effekt tatsächlich
nicht bemerkbar (bestätigt also deine Aussage).
Ob er etwas hochläuft oder langsamer wird, war rein akustisch nicht
klar feststellbar. Allerdings ging der Stromverbrauch geringfügig
hoch, was tatsächlich auf ein Absinken der Drehzahl deutet.
Einen Impulsausgang hatte der Lüfter leider nicht.

Interessant war in dem Zusammenhang, das auch der große Lüfter doch
deutlich hörbar schneller läuft und geringeren Stromverbrauch hat,
wenn er beidseitig abgeschlossen wird.
Die Luftwirbel bei einseitig offenen Lüfter reichen also scheinbar
aus, um mehr Verluste zu erzeugen, als bei offenen Lüfter an
Förderleistung benötigt wird.

Bei Radiallüftern (RG100 unnd RG120 von EBM) dagegen ist die Sache
sehr eindeutig. Die laufen deutlich hoch und der Stromverbrauch
nimmt signifikant ab, wenn eine Öffnung zugehalten wird.
Gruß Uwi

#14

Hallo,

ich habe heute noch mal paar Lüfter ausprobiert, die mir
gerade zur
Verfügung standen. Die meisten waren rel. kleine Lüfter (ca.
60mm )
Durchmesser. Bei diesen war ein Hochlaufen deutlich hörbar,
wenn man
sie einseitig zuhält.

Bei den 60-mm-Lüftern war der Bremseffekt bei mir weniger ausgeprägt, allerdings dafür sehr deutlich bei einem 40-mm-Lüfter. Wenn sich die Drehzahl hörbar änderte, ging sie bis auf die erwähnte Ausnahme immer runter.

Interessant war in dem Zusammenhang, das auch der große Lüfter
doch
deutlich hörbar schneller läuft und geringeren Stromverbrauch
hat,
wenn er beidseitig abgeschlossen wird.

Habe ich mal probiert: Dann laufen alle Lüfter deutlich hoch.

Die Luftwirbel bei einseitig offenen Lüfter reichen also
scheinbar
aus, um mehr Verluste zu erzeugen, als bei offenen Lüfter an
Förderleistung benötigt wird.

Wenn man genau hinfühlt wird man feststellen, dass der einseitig verschlossene Lüfter noch immer Luft befördert und zwar von der Mitte nach außen weg. Die Wirbel werden dann durch die aerodynamisch ungünstige Art der Luftbeförderung entstehen.
Der beidseitig verschlossene Lüfter kann die eingeschlossene Luftmenge einfach mitdrehen lassen, sodass keine großen Kräfte mehr auf das Lüfterrad wirken.

Bei Radiallüftern (RG100 unnd RG120 von EBM) dagegen ist die
Sache
sehr eindeutig. Die laufen deutlich hoch und der
Stromverbrauch
nimmt signifikant ab, wenn eine Öffnung zugehalten wird.

Was auch klar ist, denn im Gegensatz zum Axiallüfter kann die rotierende Luft nicht aus dem Lüftergehäuse des Radiallüfters entweichen, wenn der Luftstrom an einer beliebigen Stelle blockiert wird.

Jörg