DE102011015784A1

DE102011015784A1 - Ventilator

Info

Publication number: DE102011015784A1
Application number: DE102011015784A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sadi Omar; Andreas Gross; Lothar Ernemann; Dr. Lörcher Frieder
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-02-16
Also published as: EP2418388A8; EP2418388A2; EP2418388A3; SI2418388T1; US9103352B2; RU2584051C2; DE102011015784A8; US20120039731A1; EP2418388B1; CN102374178A; RU2011133879A; BRPI1106264B1; ES2700273T3; BRPI1106264A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen energieeffizienten Ventilator zum Einsatz insbesondere in der Klima- und Kältetechnik, bestehend aus einem Gehäuse (1), einem Flügelrad (2), einem Antriebsmotor (5) sowie einem Schutzgitter (3). Das Gehäuse (1) ist einteilig aus Kunststoff ausgebildet und besteht hauptsächlich aus einer in Strömungsrichtung sich verengenden Einlaufdüse (1.1), einer zylinderförmigen Strömungsführung (1.2), einer diffusorartigen Erweiterung (1.5), Nachleitflügeln (1.3), an deren nabenseitigem Ende ein Motorträger (1.4) angebracht ist, einer Vorrichtung, die zum Befestigen des Schutzgitters (3) dient sowie einer Vorrichtung, die zur Befestigung des Gehäuses (1) an einem dafür vorgesehenen Gerät oder Gebäude dient. Das Flügelrad (2) ist um eine zentrale Achse drehbar gelagert und besteht aus einer zentralen Nabe mit daran befestigten Flügeln, welche im Bereich ihrer radialen Außenkante mit Strömungselementen (Winglets) versehen sind. Bei dem Antriebsmotor (5) handelt es sich um einen Außenläufermotor, der entweder als Drehstrom-Asynchronmotor (AC-Motor) oder als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (EC-Motor) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator bestehend aus einem einteiligen Gehäuse aus Kunststoff mit den integrierten Elementen Einlaufdüse, zylindrische Strömungsführung, Diffusor, Nachleitflügeln und dem daran befestigen Motorträger, einem Flügelrad welches um eine zentrale Achse drehbar gelagert ist bestehend aus einer zentralen Nabe und daran befestigten Flügeln mit Strömungselementen (Winglets) an den radial äußeren Enden, einem elektrischen Antriebsmotor, der als Außenläufermotor entweder in AC oder EC Technologie ausgeführt ist sowie einem Schutzgitter, das an einer dafür vorgesehenen Vorrichtung des Gehäuses angebracht werden kann.
Die WO 2004/094835 A1 beschreibt einen Lüfter mit einem Lüfterförderkanal und darin angeordneten Lüfterrad, welches um eine zentrale Achse drehbar ist und eine zentrale Nabe mit einem Außenumfang aufweist, auf welchem Lüfterflügel befestigt sind die sich mit ihren radialen Außenkanten bis zu einer nach außen begrenzenden Fläche erstrecken und welche sichelförmige Vorderkanten aufweisen und welche im Bereich des radial äußeren Randes mit Strömungselementen versehen sind, die für eine um diesen radial äußeren Rand von der Druckseite zur Saugseite verlaufende Ausgleichsströmung als Umströmungshindernisse ausgebildet sind.
Im Fan Noise Artikel „EXPERIMENTAL AEROACOUSTIC ANALYSIS OF EFFICIENT AUTOMOTIVE ENGINE COOLING FAN SYSTEM" 2003, ist ein energieeffizienter Lüfter für den Einsatz in Fahrzeugkühlsystemen beschrieben, bestehend aus einem Flügelrad mit Motor eingebaut in einem Gehäuse, welches die funktionellen Elementen zylindrische Strömungsführung, Diffusor und Nachleitflügel in einem Bauteil integriert, wobei hier die kompakte Bauweise des Lüfters hervorgehoben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Ventilator zu offenbaren, der in einer kompakten Bauweise eine weitere Geräuschminderung sowie einen höheren Wirkungsgrad aufweist, wobei ein Schutzgitter gleich mit in den erfindungsgemäßen Ventilator integriert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe einerseits dadurch gelöst, dass das einteilig aus Kunststoff bestehende Gehäuse (1) des Ventilators die für die Wirkungsgraderhöhung maßgeblichen Elemente Einlaufdüse (1.1), zylinderförmige Strömungsführung (1.2), Nachleitflügel (1.3) und Diffusor (1.5) in einem kompakten Bauteil integriert, wobei die Nachleitschaufeln gleichzeitig die Anbindung des Motorträgers (1.4) übernehmen, wobei die Verwendung von Außenläufermotoren eine besonders kompakte Bauweise erlaubt. Andererseits, insbesondere hinsichtlich der Geräuschminderung, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass profilierte Flügel (2.2) und Nachleitflügel (1.3) verwendet werden, wobei die radial äußeren Enden (2.3) der Laufradflügel (2.2) mit Strömungselementen (Winglets) versehen sind und wobei der Kopfspalt zwischen Laufradflügel (2.2) und zylinderförmiger Strömungsführung (1.2) besonders klein ausgeführt ist, was erst durch Verwendung spezieller Kunststoffe und Spritzgusstechniken ermöglicht wird.
Das Gehäuse (1) übernimmt hier mehrere Funktionen gleichzeitig und benötigt dabei vergleichsweise geringen Bauraum. So übernimmt das Gehäuse (1) die Aufhängung des kompletten Flügelrads (2) mit seinem elektrischen Antriebsmotor (5), der als Außenläufermotor ausgebildet ist. Die Übertragung aller am Ventilator angreifenden Kräfte und Momente nach außen geschieht über die mit dem Motorträger und Gehäuse verbundenen Nachleitflügel (1.3). Diese Nachleitflügel (1.3), welche die Umfangskomponente der Abströmgeschwindigkeit reduzieren, tragen mit ihrer speziellen Profilierung wesentlich zur Erhöhung des statischen Wirkungsgrades des Ventilators bei. Die Einlaufdüse (1.1) des Gehäuses hat hierbei die Aufgabe, das Fluid aus dem saugseitigen Raum weitestgehend verlustarm zu beschleunigen und weist hierzu in Strömungsrichtung eine spezielle, sich verengende Kontur auf.
Um die Verluste und die Lärmentstehung, die durch den Spalt zwischen den Flügelblattspitzen (2.3) des Flügelrades (2) und dieser Seitenwand der zylinderförmigen Strömungsführung (1.2) verursacht werden, weiter zu minimieren, wird dieser Spalt sehr klein ausgeführt. Des Weiteren sorgen Strömungselemente (Winglets) (2.3) für eine deutlich reduzierte Geräuschentstehung.
Die Strömung gelangt stromab des Flügelrades (2), umgelenkt von den Nachleitflügeln (1.3), in den Diffusor (1.5), also in einen sich erweiternden Strömungskanal. Durch den Diffusor (1.5) wird insbesondere die axiale Komponente der Abströmgeschwindigkeit verringert, was zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Leistungsfähigkeit des Ventilators beiträgt. An das Gehäuse (1) ist weiterhin strömungsausgangsseitig ein Schutzgitter (3), welches insbesondere als Maschengitter ausgeführt ist, befestigbar. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, dass Außenläufermotoren, entweder in AC oder in EC Technologie, verwendet werden. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise, wobei EC-Motoren noch einen zusätzlichen Wirkungsgradvorteil bringen.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Ventilator im Längsschnitt
2 einen Ventilator in raumbildlicher Vorderansicht
3 einen Ventilator in Draufsicht
4 einen Ventilator in raumbildlicher Hinteransicht
5 einen Ventilatorausschnitt mit Flügelrad und Nachleitflügel
6 einen Ventilatorausschnitt mit Flügelkonturen
1 zeigt einen Ventilator, hier einen Axialventilator im Längsschnitt mit seinem Gehäuse (1), das in Strömungsrichtung eine speziell ausgebildete, sich verengende Kontur der Einlaufdüse (1.1) aufweist an die sich eine zylinderförmige Strömungsführung (1.2) sowie hieran ein sich erweiternder Strömungskanal, ein Diffusur (1.5) anschließt. In der engsten Stelle des Gehäuses (1), der zylinderförmigen Strömungsführung (1.2) ist das Flügelrad (2) angeordnet, dessen Flügelblattspitzen, welche als spezielle Strömungselemente (Winglets) ausgeführt sind, zur Minimierung der Lärmentstehung und Verluste des Wirkungsgrades einen nur sehr geringen Abstand zur zylinderförmigen Strömungsführung (1.2) aufweisen. Hinter dem Flügelrad (2) sind die mit dem Gehäuse (1) fest verbundenen Nachleitflügel (1.3) angeordnet, die nabeseitig mit dem Motorträger (1.4) fest verbunden sind, an welchem der Antriebsmotor (5) mitsamt Flügelrad (2) befestigt werden. Endseitig des Gehäuses (1) ist ein Schutzgitter (3) angeordnet, welches sowohl innerhalb als auch außerhalb des Diffusors (1.5) befestigbar ist.
2 zeigt den Axialventilator in einer schrägen Vorderansicht, bei dem im Gehäuse (1) die räumliche Anordnung des Flügelrades (2) mit Flügelradnabe (2.1) und Motor (5) dargestellt ist. Weiterhin dargestellt sind Befestigungsvorrichtungen (1.6) in der Einlaufdüse (1.1), die hier als Bohrungen ausgeführt sind.
3 zeigt den Axialventilator in der Draufsicht mit der Einlaufdüse (1.1), Flügelrad (2) und Schutzgitter (3). Hierbei kann die Außenform (1.11) der Einlaufdüse (1.1) nicht nur rund wie hier dargestellt, sondern auch eine quadratische, rechteckige oder eine andere Form aufweisen.
In 4 ist der Axialventilator in einer schrägen Hinteransicht mit Schutzgitter (3) und mittig angeordnetem Klemmenkasten (4) dargestellt. Klemmenkasten (4) kann sowohl am Schutzgitter (3) als auch am Motorträger (1.4) lösbar angebracht werden.
5 zeigt einen Ausschnitt des Axialventilators mit Flügelrad und Nachleitflügel bei dem die Vorderkanten (2.21) der gewundenen Flügel (2.2) auf der Flügelradnabe (2.1) vorzugsweise konkav ausgebildet und in Drehrichtung sichelförmig voreilend angeordnet sind. Weiterhin ist dargestellt, dass die Nachleitflügel (1.3) mehrdimensional gewölbt sind wobei deren Vorderkanten (1.31) vorzugsweise sichelförmig und deren Hinterkanten (1.32) vorzugsweise gezackt oder wellenförmig ausgebildet sind.
6 zeigt weiterhin einen Ausschnitt des Axialventilators bei dem die Hinterkanten (2.22) der Flügel (2.2) konvex und gezackt oder wellenförmig sein können und deren radial äußere Enden als Winglet (2.3) ausgebildet sind. Die radial endseitig als Winglets (2.3) ausgebildeten Flügel (2.2) tragen zu einer wesentlichen Reduzierung der Strömungswirbel bei und damit zu einer deutlichen Lärmminderung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004/094835 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fan Noise Artikel „EXPERIMENTAL AEROACOUSTIC ANALYSIS OF EFFICIENT AUTOMOTIVE ENGINE COOLING FAN SYSTEM” 2003 [0003]

Claims

Ventilator, insbesondere für den Einsatz in der Klima- und Kältetechnik, bestehend aus einem Gehäuse, einem Flügelrad, welches um eine zentrale Achse drehbar gelagert ist, einem Antriebsmotor, und einem Schutzgitter, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einteilig aus Kunststoff gefertigten Gehäuse (1) die Strömungselemente Einlaufdüse (1.1), zylinderförmige Strömungsführung (1.2), Nachleitflügel (1.3) und Diffusor (1.5) integriert sind, wobei die Nachleitflügel (1.3) gleichzeitig die Befestigung der Motoranbindung (1.4) an die äußere Kontur übernehmen, und eine Vorrichtung an Gehäuse (1) vorhanden ist, an welcher das Schutzgitter (3), insbesondere als Maschengitter, angebracht werden kann, sowie dass die radial außen liegenden Flügelenden (2.3) der Flügel (2.1) des Flügelrades (2) als spezielle Strömungselemente (Winglets) ausgebildet sind welche einen besonders geringen Abstand zur Seitenwand (1.2) haben, sowie dass der Antriebsmotor (5) ein Außenläufermotor ist, welcher entweder als Drehstrom-Asynchronmotor (AC) oder als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (EC) ausgeführt ist.
Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleitflügel (1.3) mehrdimensional gewölbt sind wobei deren Vorderkanten (1.31) vorzugsweise sichelförmig und deren Hinterkanten (1.32) vorzugsweise gezackt oder wellenförmig ausgebildet sind.
Ventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sichelförmig ausgebildete Vorderkante (1.31) der Nachleitflügel (1.3) vorzugsweise entgegen der Drehrichtung des Flügelrades (2) geneigt angeordnet ist.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) eine ungerade Anzahl von Nachleitflügeln (1.3) am Motorträger (1.4) angeordnet sind.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (1) mit Einlaufdüse (1.1), zylinderförmiger Strömungsführung (1.2), Nachleitflügel (1.3), Motorträger (1.4) und Diffusor (1.5) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (2) eine Nabe (2.1) aufweist, an der mehrere gewundene Flügel (2.2) angeordnet sind.
Ventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (2.21) der Flügel (2.2) vorzugsweise konkav ausgebildet und in Drehrichtung sichelförmig voreilend angeordnet sind.
Ventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterkanten (2.22) der Flügel (2.2) konvex, gezackt oder wellenförmig ausgebildet sind.
Ventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Nabe (2.1) des Flügelrades (2) in Strömungsrichtung konisch erweiternd ausgebildet ist.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) stromabseitig des Motorträgers (1.4) ein Klemmenkasten (4) integriert ist.
Ventilator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Schutzgitter (3) der Deckel für Klemmenkasten (4) einteilig integriert ist.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbild des Motorträgers (1.4) mittels verschiedener Formeinsätze im Spritzgusswerkzeug für das Gehäuse (1) variiert werden kann; insbesondere dass wahlweise das Anschlussbild für einen AC oder EC Motor gewählt werden kann.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Bereich der Einlaufdüse (1.1) umfangsseitig Befestigungsvorrichtungen (1.6), vorzugsweise in Form von Öffnungen vorgesehen sind.
Ventilator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenform (1.11) der Einlaufdüse (1.1) vorzugsweise rund, quadratisch, oder rechteckig ausgebildet ist.