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Maschinen- und Anlagenbau

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Update:  04.06.2020

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Anwendungsgebiete von lufttechnischen Anlagen.





Entwurf und Betrieb der Radial-, Axial- und Querstromventilatoren.




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Ventilator

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Ventilatorbauart

Unter Ventilatoren versteht man Strömungsmaschinen zur Förderung von Luft oder anderen Gasen bis zu einem DruckverhĂ€ltnis von p aus / p ein = 1,3. Die Ventilatoren werden hinsichtlich Ihrer Bauart, StrömungsfĂŒhrung, Einbauart und Betriebsart wie folgt eingeteilt:


Bauart Lieferzahl Druckzahl Anwendung
Axialventilator
Wandventilator Wandventilator 0,10 ... 0,25 0,05 ... 0,10 fĂŒr Fenster- und Wandeinbau
ohne Leitrad Axialventilator ohne Leitrad 0,15 ... 0,30 0,10 ... 0,30 bei geringen DrĂŒcken
mit Leitrad Axialventilator mit Leitrad 0,30 ... 0,60 0,30 ... 0,60 bei höheren DrĂŒcken
GegenlĂ€ufer Axialventilator GegenlĂ€ufer 0,20 ... 0,80 1,00 ... 3,00 höchste DrĂŒck, SonderfĂ€lle
Radialventilator
rĂŒckwĂ€rts gekrĂŒmmte Schaufeln Radialventilator rĂŒckwĂ€rts gekrĂŒmmte Schaufeln 0,20 ... 0,40 0,60 ... 1,00 bei hohen DrĂŒcken und Wirkungsgraden
gerade Schaufeln Radialventilator gerade Schaufeln 0,30 ... 0,60 1,00 ... 2,00 fĂŒr Sonderzwecke
vorwĂ€rts gekrĂŒmmte Schaufeln Radialventilator vorwĂ€rts gekrĂŒmmte Schaufeln 0,40 ... 1,00 2,00 ... 3,00 bei geringen DrĂŒcken und Wirkungsgraden
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Volumenstromermittlung

FĂŒr die Auslegung eines Ventilators ist es erforderlich, die zu fördernde Luft- oder Gasmenge zu bestimmen.
Je nach Anwendung kann die Luftmenge wie folgt ermittelt werden:

- Volumenstromermittlung fĂŒr einen Aggregateraum mit einem Stromaggregat
- Volumenstromermittlung zur WĂ€rmeabfuhr
- Volumenstromermittlung zur Feuchtigkeitsbeseitigung in RĂ€umen
- Volumenstromermittlung von RĂ€umen mit Menschenansammlungen ĂŒber die Luftwechselzahl
- Volumenstromermittlung ĂŒber die Außenluftrate pro Person
- Volumenstromermittlung von RĂ€umen mit Schadstoffen ĂŒber die MAK Werte


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Kennzahlen von Ventilatoren

Lieferzahl

Die Lieferzahl beschreibt das VerhÀltnis der tatsÀchlichen Fördermenge zur theoretisch möglichen Fördermenge (Produkt aus KreisflÀche des Rades und Umfangsgeschwindigkeit).


Ventilator Lieferzahl Formel
φ = Lieferzahl (-) 
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 
φ = Lieferzahl (-) 
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 

Druckzahl

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Die Druckzahl des Rades ergibt sich aus dem VerhÀltnis der vom Rad erzeugten Druckhöhe zum Staudruck der Umfangsgeschwindigkeit.


Ventilator Druckzahl Formel
ψ = Druckzahl (-) 
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 
ψ = Druckzahl (-) 
ρ = Dichte (kg/mÂł) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
D = Laufradaußendurchmesser (m) 
n = Drehzahl (1/min) 

Leistungsdichte

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Das Produkt aus Lieferzahl und Druckzahl wird als Leistungsdichte bezeichnet.


Ventilator Leistungsdichte Formel
L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)
L = Leistungsdichte (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-)
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Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt das VerhÀltnis der Förderleistung zur Wellenleistung.


Ventilator Wirkungsgrad Formel
η = Wirkungsgrad (-) 
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)
η = Wirkungsgrad (-) 
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
P w = Wellenleistung (W)
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Leistungsziffer

Die Leistungsziffer ist ein Maß fĂŒr die erforderliche Wellenleistung.


Ventilator Leistungsziffer Formel
λ = Leistungsziffer (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
η = Wirkungsgrad (-) 
λ = Leistungsziffer (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
η = Wirkungsgrad (-) 
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Durchmesserkennzahl

Die Durchmesserkennzahl besagt, wievielmal der Radaußendurchmesser grĂ¶ĂŸer ist als der eines Vergleichsventilators mit ψ = 1 und φ = 1.


Ventilator Durchmesserkennzahl Formel
ÎŽ = Durchmesserkennzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
φ = Lieferzahl (-) 
ÎŽ = Durchmesserkennzahl (-) 
ψ = Druckzahl (-) 
φ = Lieferzahl (-) 



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Leistungsbedarf

Leistungsbedarf des Ventilators


Ventilatorleistung Formel
P W = Leistungsbedarf der Ventilatorwelle (kW)
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-) 
P W = Leistungsbedarf der Ventilatorwelle (kW)
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
η = Wirkungsgrad des Ventilators (-) 
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Leistungsbedarf des Antriebmotors


Ventilator Motorleistung Formel
P M = Leistungsbedarf des Antriebmotors (kW)
P W = Leistung der Ventilatorwelle (kW)
η G = Wirkungsgrad KraftĂŒbertragungskomponente (-)
η M = Wirkungsgrad des Antriebmotors (-)
P M = Leistungsbedarf des Antriebmotors (kW)
P W = Leistung der Ventilatorwelle (kW)
η G = Wirkungsgrad KraftĂŒbertragungskomponente (-)
η M = Wirkungsgrad des Antriebmotors (-)

Wirkungsgrad von KraftĂŒbertragungskomponenten:
- Starre Kupplung     1,00
- Keilriemen Einzelriemen    0,93 ... 0,95
- Keilriemen Mehrfachriemen    0,90 ... 0,93
- Schmalkeilriemen    0,94
- Schmalkeilriemen zweirillig    0,95
- Keilrippenriemen    0,97
- Flachriemen    0,96 ... 0,99
- Zahnriemen    0,98 ... 0,99


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Mittlerer Wirkungsgrad von E-Motoren:


Motor­leistung (kW) Wirkungs­grad (-) Motor­leistung (kW) Wirkungs­grad (-)
1,1 0,762 15,0 0,894
1,5 0,785 18,5 0,900
2,2 0,810 22,0 0,905
3,0 0,826 30,0 0,914
4,0 0,842 37,0 0,920
5,5 0,857 45,0 0,925
7,5 0,870 55,0 0,925
11,0 0,884 78,0 0,936
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Umrechnung der Leistungsdaten fĂŒr polumschaltbare Motoren


Polzahl Volumenstrom Druck Leistung
2 / 4
4 / 8
6 / 12
V1 / V2 = 1 / 2 p1 / p2 = 1 / 4 P1 / P2 = 1 / 8
4 / 6
8 / 12
V1 / V2 = 1 / 1,5 p1 / p2 = 1 / 2,25 P1 / P2 = 1 / 3,375
6 / 8 V1 / V2 = 1 / 1,33 p1 / p2 = 1 / 1,778 P1 / P2 = 1 / 2,37



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Umrechnung der Leistungsdaten auf andere Drehzahl

Änderung des Volumenstroms in AbhĂ€ngigkeit der Ventilatordrehzahl

Der Volumenstrom Àndert sich proportional mit der Drehzahl.


Ventilatordaten Volumenumrechnung Formel
V 1 = Volumenstrom Betriebspunkt 1 (mÂł/s)
V 2 = Volumenstrom Betriebspunkt 2 (mÂł/s)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
V 1 = Volumenstrom Betriebspunkt 1 (mÂł/s)
V 2 = Volumenstrom Betriebspunkt 2 (mÂł/s)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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Änderung der Druckerhöhung in AbhĂ€ngigkeit der Ventilatordrehzahl

Die Druckerhöhung Àndert sich mit dem Quadrat der Drehzahl.


Ventilatordaten Druckerhöhung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung Betriebspunkt 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung Betriebspunkt 2 (Pa)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
Δp 1 = Druckerhöhung Betriebspunkt 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung Betriebspunkt 2 (Pa)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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Änderung des Leistungsbedarfs in AbhĂ€ngigkeit der Ventilatordrehzahl

Der Leistungsbedarf Àndert sich mit der dritten Potenz der Drehzahl.


Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
P w1 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf Betriebspunkt 2 (kW)
n 1 = Drehzahl Betriebspunkt 1 (1/min)
n 2 = Drehzahl Betriebspunkt 2 (1/min)
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Umrechnung der Leistungsdaten auf einen anderen Ventilatorraddurchmesser

Änderung des Volumenstroms in AbhĂ€ngigkeit des Ventilatordurchmessers

Der Volumenstrom Àndert sich mit der dritten Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.


Ventilatordaten Ventilatordurchmesser Formel
V 1 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D1 (mÂł/s)
V 2 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D2 (mÂł/s)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
V 1 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D1 (mÂł/s)
V 2 = Volumenstrom mit Ventilatordurchmesser D2 (mÂł/s)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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Änderung der Druckerhöhung in AbhĂ€ngigkeit des Ventilatordurchmessers

Die Druckerhöhung Àndert sich mit der zweiten Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.


Ventilatordaten Druckerhöhung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D2 (Pa)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
Δp 1 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung mit Ventilatordurchmesser D2 (Pa)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
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Änderung des Leistungsbedarfs in AbhĂ€ngigkeit des Ventilatordurchmessers

Der Leistungsbedarf Ă€ndert sich mit der fĂŒnften Potenz mit dem Ventilatordurchmesser.


Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D1 (kw)
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)
P w1 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D1 (kw)
P w2 = Leistungsbedarf mit Ventilatordurchmesser D2 (kw)
D 1 = Ventilatorraddurchmesser (m)
D 2 = Ventilatorraddurchmesser (m)


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Umrechnung der Ventilatordaten bei Änderung der Luftdichte und Lufttemperatur

Die Luftleistungsdaten in einem Katalog gelten meistens fĂŒr die Dichte p = 1,2 kg/mÂł entsprechend der Lufttemperatur von 20°Cund einem Barometerstand von 101300 Pa (Normzustand).Bei anderer Luftdichte Ă€ndert sich der vom Ventilator erzeugte Druck pt und die Leistungsaufnahme an der Welle Lw proportional mit der Dichte. Der Volumenstrom bleibt dagegen konstant.

Luftdichte in AbhÀngigkeit der Temperatur


Ventilatordaten LuftdichteÀnderung Formel
ρ = Luftdichte (kg/mÂł) 
p a = Luftdruck (Pa) - Normzustand 101300 Pa
R i = Gaskonstante (J/(kg*K) - fĂŒr Luft 287 J/kg*K
t = Bezugstemperatur (°C)
ρ = Luftdichte (kg/mÂł) 
p a = Luftdruck (Pa) - Normzustand 101300 Pa
R i = Gaskonstante (J/(kg*K) - fĂŒr Luft 287 J/kg*K
t = Bezugstemperatur (°C)

Weitere Links:
Formel - Luftdruck in AbhÀngigkeit der Höhe
Berechnungsprogramm - Luftdruck in AbhÀngigkeit der Höhe

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DruckerhöhungsĂ€nderung bei Änderung der Luftdichte


Luftdichte Höhenformel
Δp 1 = Druckerhöhung bei Dichte 1 (kg/mÂł)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/mÂł)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/mÂł)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/mÂł)
Δp 1 = Druckerhöhung bei Dichte 1 (kg/mÂł)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Dichte 2 (kg/mÂł)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/mÂł)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/mÂł)
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Leistungsbedarf bei Änderung der Luftdichte


Ventilatordaten Leistungsbedarf Formel
P w1 = Leistungsbedarf bei Dichte 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/mÂł)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/mÂł)
P w1 = Leistungsbedarf bei Dichte 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Dichte 2 (kW)
ρ 1 = Luftdichte 1 (kg/mÂł)
ρ 2 = Luftdichte 2 (kg/mÂł)
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DruckerhöhungsĂ€nderung bei Änderung der Lufttemperatur


Ventilatordaten LufttemperaturÀnderung Formel
Δp 1 = Druckerhöhung bei Temperatur 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Temperatur 2 (Pa)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
Δp 1 = Druckerhöhung bei Temperatur 1 (Pa)
Δp 2 = Druckerhöhung bei Temperatur 2 (Pa)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
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Leistungsbedarf bei Änderung der Lufttemperatur


Ventilatordaten LufttemperaturÀnderung Formel
P w1 = Leistungsbedarf bei Temperatur 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
P w1 = Leistungsbedarf bei Temperatur 1 (kW)
P w2 = Leistungsbedarf bei Temperatur 2 (kW)
T 1 = Lufttemperatur 1 (K)
T 2 = Lufttemperatur 2 (K)
t = Bezugstemperatur (°C) 
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Anlagenkennlinie - Ventilatorkennlinie - Betriebspunkt

Anlagenkennlinie

Die Anlagenkennlinie ist die Kurve, die den Zusammenhang zwischen der Förderhöhe der Anlage und dem Förderstrom wiedergibt. Das VerhÀltnis Druckverlust zu Volumenstrom im Quadrat wird auch Anlagenwiderstandskonstante bezeichnet.


Ventilatordaten Anagenkennlinie Formel
X = Anlagenwiderstandskonstante (bar/(mÂł/h)) 
Δ p = Druckverlust (bar) 
V = Durchflussmenge (mÂł/h) 
X = Anlagenwiderstandskonstante (bar/(mÂł/h)) 
Δ p = Druckverlust (bar) 
V = Durchflussmenge (mÂł/h) 


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Ventilatorkennlinie

Die Bauart und geometrischen Abmessungen eines Ventilators bestimmen die Charakteristik der Ventilatorkennlinie. Die Ventilatorkennlinie wird durch Messungen ermittelt die den Herstellerunterlagen zu entnehmen sind.


Betriebspunkt

Der Betriebspunkt eines Ventilators stellt sich dort ein, wo der Druckverlust des Ventilators und der Anlage gleich groß sind, also dort, wo sich die Ventilatorkennlinie und die Anlagenkennlinie schneiden.


Ventilatordaten Anagenkennlinie Diagramm
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Schallwerte von Ventilatoren

AbschÀtzung der Gesamtschallleistung von Ventilatoren

Der nach dieser Formel ermittelte Gesamtschallleistungspegel dient nur fĂŒr eine AbschĂ€tzung. Dieser Wert tritt auch nur ein, wenn der Ventilator im optimalen Betriebspunkt betrieben wird d. h. bei maximalem Wirkungsgrad. Die genauen Werte sind aus den Technischen DatenblĂ€ttern der Hersteller zu entnehmen.


Ventilatordaten Schallwerte Formel
L w = Gesamtschallleistungspegel (dB) ± 4 dB
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
L w = Gesamtschallleistungspegel (dB) ± 4 dB
V = Volumenstrom (mÂł/s) 
Δp t = Totaldruckerhöhung (Pa)
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Ermittlung des Oktavleistungspegels

Zur Ermittlung des frequenzbezogenen Oktavleistungspegels sind die folgenden Werte bei den einzelnen Frequenzwerten vom Gesamtleistungspegel abzuziehen.


Venti­lator­typ Pegel­differenz (dB) bei Oktav­frequenz (Hz)
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Typ 1 2 7 12 17 22 27 32 37
Typ 2 9 8 7 12 17 22 26 31
Typ 3 9 8 7 7 8 10 14 18

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Typ 1 = Radial Ventilator TrommellĂ€ufer mit vorwĂ€rts gekrĂŒmmter Beschaufelung
Typ 2 = Radial Hochleistungsventilator mit rĂŒckwĂ€rts gekrĂŒmmter Beschaufelung
Typ 3 = Axial Ventilator

Beispiel: Axialventilator V=10 mÂł/s - pt=2000 Pa
Gesamtschallleistungspegel Lw = 37+10*log(10)+20*log (2000)= 113 dB


63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Gesamt­schall­leistung Lw (dB) 113 113 113 113 113 113 113 113
Spez. Schall­leistung Typ 3 (dB) 9 8 7 7 8 10 14 18
Oktav Leistungs­pegel (dB) 104 105 106 106 105 103 99 95
Weitere Links:
Berechnung des Gesamtschallpegels mit A-Bewertung
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Einfluss der Ventilatordrehzahl auf den GerÀuschpegel

Änderung des Schallpegels bei Änderung der Ventilatordrehzahl.


Ventilatordaten SchallÀnderung Formel
ΔL = SchallpegelĂ€nderung (dB)  
n = neue Drehzahl (1/min) 
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)
ΔL = SchallpegelĂ€nderung (dB)  
n = neue Drehzahl (1/min) 
n 0 = Nenndrehzahl (1/min)
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Drehfrequenz eines Ventilators (Hauptstörfrequenz)


Ventilatordaten Drehfrequenz Formel
f D = Drehfrequenz (Hz) 
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-) 
n = Drehzahl (1/min) 
f D = Drehfrequenz (Hz) 
Z = Schaufelanzahl des Ventilators (-) 
n = Drehzahl (1/min) 

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