DE102018128791A1

DE102018128791A1 - Diagonalventilator mit Nachleiteinrichtung

Info

Publication number: DE102018128791A1
Application number: DE102018128791.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heli; Jörg Günther; Peter Riegler; Daniel GEBERT
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN209743192U; US12006947B2; WO2020099033A1; US20220106966A1; EP3880967A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator umfassend einen Elektromotor, ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses aufgenommenes und über den Elektromotor antreibbares Diagonallaufrad, dessen im Betrieb erzeugte Diagonalströmung von einer Innenwand des Gehäuse in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt wird, wobei in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad anschließend eine Nachleiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet ist, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt, wobei die Leitschaufeln eine Radialerstreckung von einem Nabenbereich der Nachleiteinrichtung zu dem Gehäuse aufweisen, und wobei eine gedachte Verlängerung im Abströmwinkel des Diagonallaufrads in einem axialen Abstand K von dem Diagonallaufrad auf die Innenwand des Gehäuses trifft und die Nachleiteinrichtung in einem axialen Abstand H zu dem Diagonallaufrad angeordnet ist, dass gilt 0,75≤K/H≤1,25

Description

Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator in kompakter axialer Bauweise und mit gleichzeitig hoher Wurfweite.
Allgemein sind Diagonalventilatoren und deren Einsatz aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2014 210 373 A1 .
Diagonalventilatoren werden in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Luftleistung bei höherem Gegendruck und geringem Einbauplatz eingesetzt, beispielsweise in der Kühltechnik oder bei Dunstabzugshauben. Durch den bei Diagonalventilatoren im Verhältnis zum Bauraum großen Motordurchmesser des axialzentral angeordneten Motors ist die Ausblasfläche an der Ausblasöffnung verhältnismäßig klein, wodurch es zu hohen Austrittsverlusten bei der Strömung durch hohen dynamischen Druck am Austritt des Diagonalventilators kommt.
Üblicherweise werden für die Erreichung hoher Wurfweiten Axialventilatoren verwendet. Für die kompakte Bauweise sind Diagonalventilatoren jedoch günstig. Die Erfindung löst die Aufgabe, beide Aspekte einer kompakten Bauweise bei gleichzeitig hoher Wurfweite und Druckerhöhung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Diagonalventilator mit einem Elektromotor, einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses aufgenommenen und über den Elektromotor antreibbaren Diagonallaufrad vorgeschlagen. Die von dem Diagonallaufrad im Betrieb erzeugte Diagonalströmung wird von einer Innenwand des Gehäuses in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt. In axialer Strömungsrichtung gesehen ist dem Diagonallaufrad anschließend eine Nachleiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt, wobei die Leitschaufeln eine Radialerstreckung von einem Nabenbereich der Nachleiteinrichtung zu dem Gehäuse aufweisen. Die Nachleiteinrichtung wird gegenüber dem Diagonallaufrad in einem speziellen axialen Abstand angeordnet. Hierzu wird ein Punkt festgelegt, bei welcher eine gedachte Verlängerung im Abströmwinkel des Diagonallaufrads in einem axialen Abstand K von dem Diagonallaufrad auf die Innenwand des Gehäuses trifft. Die Nachleiteinrichtung wird axial in einem Bereich um den Schnittpunkt von Abströmwinkel und Innenwand des Gehäuses in einem axialen Abstand H zu dem Diagonallaufrad angeordnet ist, dass gilt 0,75≤K/H≤1,25. Der Abströmwinkel des Diagonallaufrads wird über die Laufradschaufeln oder einen optional zusätzlichen Schleuderring bestimmt. Als Messpunkt an der Nachleiteinrichtung dient die vorderste zum Diagonallaufrad weisende Axialebene, an dem Diagonallaufrad die Axialebene durch die radiale Außenkante der Laufradschaufeln bzw. soweit ein Schleuderring verwendet wird, dessen axiales zu der Nachleiteinrichtung weisendes Ende.
Die durch das Diagonallaufrad ausgeblasene Diagonalströmung wird von dem Gehäuse in axiale Richtung umgelenkt und von der Nachleiteinrichtung vergleichmäßigt. Die spezielle Anordnung zueinander ermöglicht die hohe Wurfweite bei gleichzeitig kompakter axialer Bauweise.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht bei dem Diagonalventilator vor, dass die Nachleiteinrichtung einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Teilezahl und Montageschritte können somit reduziert werden. Auch kann auf eine Abdichtung zwischen den Bauteilen verzichtet werden.
Die Nachleiteinrichtung weist in einer Weiterbildung ein einen Ausblasabschnitt des Diagonalventilators überstreckendes Schutzgitter auf. Die axiale Länge L des Schutzgitters ist dabei kleiner als 50% der maximalen axialen Länge C der Nachleiteinrichtung.
Günstig ist ferner eine Ausführungsvariante des Diagonalventilators, bei der die Nachleiteinrichtung, das Gehäuse und das Schutzgitter einteilig ausgebildet sind.
Das Schutzgitter weist ferner in einer vorteilhaften Ausführung eine Vielzahl von koaxial zueinander angeordneten Ringstegen auf, welche jeweils parallel zur axialen Strömungsrichtung verlaufende und gegenüberliegende Stegflächen ausbilden. Die Strömung verläuft somit geführt parallel entlang der Stegflächen über die gesamte axiale Länge L des Schutzgitters.
In einer Weiterbildung des Diagonalventilators sind die Ringstege im Bereich der Leitschaufeln axial zu einer Anströmkante der jeweiligen Leitschaufeln vorstehend ausgebildet. Die Leitschaufeln können somit teils durch den vorstehenden Abschnitt der Ringstege mit gebildet werden, so dass die von den Ringstegen im Bereich der Leitschaufeln gebildeten Stegflächen axial vergrößert sind. Zudem können die axial vorstehenden Abschnitte der Ringstege als Versteifung der Leitschaufeln dienen.
Die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung können unterschiedliche Formen und Querschnitte aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Leitschaufeln im axialen Querschnitt gesehen bogenförmig gekrümmt und zusätzlich oder alternativ profiliert ausgebildet sind. Als profilierte Form kann beispielsweise eine Tragflächenform, d.h. eine konvex gewölbte Form bestimmt sein. Mithin kann den unterschiedlichen Anströmwinkeln des jeweilig eingesetzten Diagonallaufrads Rechnung getragen werden. Dabei ist auch eine geradlinig radiale Erstreckung der Leitschaufeln möglich.
Neben der im axialen Querschnitt gesehen vorwärts oder rückwärts gekrümmten Ausführung können die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung in einer weiter alternativen Ausführung dreidimensional gekrümmt ausgebildet werden, d.h. die Krümmung erfolgt zudem in Axialerstreckung.
Eine günstige Ausführung des Diagonalventilators sieht zudem vor, dass die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung unmittelbar in das Schutzgitter übergehen und somit strömungstechnisch direkt zusammenwirken.
Neben der Nachleiteinrichtung umfasst auch das Diagonallaufrad eine Nabe mit daran befestigen oder ausgebildeten Laufradschaufeln. Die beiden Naben bzw. Nabenbereiche werden vorzugsweise derart dimensioniert, dass ein maximaler Durchmesser G des Nabenbereichs der Nachleiteinrichtung größer ist als ein maximaler Durchmesser F einer Nabe des Diagonallaufrads, so dass der Nabenbereich der Nachleiteinrichtung die Nabe des Diagonallaufrads in axialer Projektion gesehen überdeckt.
Eine weiter für die axial kompakte Ausführung vorteilhafte Lösung des Diagonalventilators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor aufweist. Der Nabenbereich der Nachleiteinrichtung kann hierzu zudem axial eingezogen ausgebildet werden, so dass sich Motorbauteile und Nachleiteinrichtung im Radialschnitt gesehen überlappen.
Wie bereits vorstehend angesprochen sieht eine vorteilhafte Ausführung des Diagonalventilators vor, dass das Diagonallaufrad einen Schleuderring aufweist, der in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln umschließt. Der Schleuderring ermöglicht einen exakt einstellbaren Abströmwinkel sowie eine Strömungsleitung in einem vorbestimmten Winkel gegenüber der Rotationsachse des Diagonallaufrads.
Ein weiter vorteilhafter Aspekt ist, bei dem Diagonalventilator den Elektromotor als Außenläufermotor auszubilden. Dadurch kann das Diagonallaufrad den Motor umschließen und der axiale Platzbedarf ist minimiert.
Eine Weiterbildung des Diagonalventilators sieht zudem vor, dass er eine Einlaufdüse umfasst, welche ansaugseitig an dem Gehäuse angeordnet ist. Die Einlaufdüse erstreckt sich vorzugsweise in axialer Richtung in den Schleuderring hinein, so dass sich die Einlaufdüse und der Schleuderring im Radialschnitt gesehen abschnittsweise überlappen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Diagonalventilators mit Sicht auf die Einlassseite,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Diagonalventilators aus 1 mit Sicht auf die Auslassseite;
3 eine Ansicht im Radialschnitt des Diagonalventilators aus 1;
4 eine perspektivische Schnittansicht des Diagonalventilators aus 1.

In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diagonalventilators 1 gezeigt.
In den Explosionsdarstellungen gemäß der 1 und 2 sind die Bauteile des Gehäuses 2 mit daran einteilig ausgebildeter feststehender Nachleiteinrichtung 3, des Diagonallaufrads 4, des als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotors 5 und der in das Gehäuse 2 einsetzbaren Einlaufdüse 6 zu erkennen.
In den 3 bis 4 ist der Diagonalventilator 1 im montierten Zustand gezeigt und weist eine Gesamtaxiallänge E auf. Das Diagonallaufrad 4 umfasst mehrere sich von der axial offenen Nabe 8 nach radial außen erstreckende Laufradschaufeln 9, die von dem Schleuderring 14 umgeben sind. Der Schleuderring 14 weist einen sich in axialer Strömungsrichtung nach radial außen aufweitenden, zur Innenwand des Gehäuses 2 gerichteten Strömungsquerschnitt auf. Der Elektromotor 5 ist in die axial offene Nabe 8 des Diagonallaufrads 4 eingesteckt und wird von dieser vollständig umschlossen. In axialer Richtung, d.h. entlang der Rotationsachse, erstreckt sich der Elektromotor 5 bis in die achszentrale Einsenkung 11, so dass diese näher an das Diagonallaufrad 4 positionierbar ist. Das über den Elektromotor 5 angetriebene Diagonallaufrad 4 ist innerhalb des einen Strömungskanal bildenden Gehäuses 2 angeordnet und weist eine axiale Länge D auf. Einlassseitig ist die Einlassdüse 6 angeordnet und erstreckt sich mit ihrem Endabschnitts des geringsten Durchströmungsquerschnitts (Durchmesser A) bis in den Bereich des Diagonallaufrads 4, so dass sich der Schleuderring 14 und der Endabschnitt der Einlassdüse 6 überlappen.
Im Betrieb saugt der Diagonalventilator 1 über das Diagonallaufrad 4 in axialer Richtung Luft an und fördert diese diagonal, d.h. gegenüber der Rotationsachse in einem vorbestimmten Abströmwinkel in Richtung der Innenwand des Gehäuses 2. In der gezeigten Ausführung wird der Abströmwinkel maßgeblich über den Schleuderring 14 bestimmt. Die gedachte Verlängerung V im Abströmwinkel des Diagonallaufrads 4, bestimmt durch den Schleuderring 14, trifft in einem axialen Abstand K von dem Diagonallaufrad 4 im Punkt P auf die Innenwand des Gehäuses 2. Als Messpunkt für den Abstand K dient die Axialebene, an der der Schleuderring 14 endet. Bei Ausführungen ohne Schleuderring 14 erfolgt die Messung an der Axialebene bestimmt durch die radiale Außenkante der Lüfterradschaufeln 9, gekennzeichnet durch den Buchstaben H'. An der Innenwand des Gehäuses 2 wird die Strömung anschließend wieder in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt und zur Nachleiteinrichtung 3 gefördert.
In axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad 4 anschließend ist im Abstand H die Nachleiteinrichtung 3 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln 7 angeordnet. Das Verhältnis zwischen den Abständen K/H ist in der gezeigten Ausführung auf 0,8 festgelegt.
Die Nachleiteinrichtung 3 umfasst ferner ein integrales Schutzgitter 17 mit einer Vielzahl von koaxial zueinander angeordneten Ringstegen 13, welche jeweils parallel zur axialen Strömungsrichtung verlaufende und gegenüberliegende Stegflächen 19 ausbilden. Die axiale Länge L des Schutzgitters 17 entspricht der halben axialen Länge C der Nachleiteinrichtung 3. Der maximale Durchströmungsquerschnitt der Nachleiteinrichtung (Durchmesser B) liegt ausblasseitig im Bereich der Ringstege 13. Die Nachleiteinrichtung 3 vergleichmäßigt die Strömung mittels der Leitschaufeln 7 und des Schutzgitters 17. Die Leitschaufeln 7 erstrecken sich in Axialrichtung durch das Schutzgitter 13 und durchbrechen somit die Ringstege 13 als eine Art bogenförmige Radialstege, wie es gut in 2 zu erkennen ist.
In 1 ist gut zu erkennen, dass die Ringstege 13 im Bereich der Leitschaufeln 7 axial zu der Anströmkante der jeweiligen Leitschaufeln 7 im Abschnitt 12 vorstehend ausgebildet sind und somit eine Versteifung und Abstützung der Leitschaufeln 7 gewährleisten. Die Leitschaufeln 7 sind sowohl im axialen Querschnitt gesehen bogenförmig gekrümmt als auch im Radialschnitt gemäß 3 nach radial außen gekrümmt, so dass sich eine dreidimensionale Gesamtkrümmung ergibt. Zudem sind die Leitschaufeln 7 im Radialschnitt gemäß 3 gemäß einer Tragfläche profiliert ausgebildet, wobei sich ihre jeweiligen Dicken in Axialrichtung gesehen zunächst vergrößern und anschließend wieder verkleinern.
Bezugnehmend auf 3 wird das Verhältnis des maximalen Durchmessers G des Nabenbereichs der Nachleiteinrichtung 3 sowie des maximalen Durchmessers F der Nabe 8 des Diagonallaufrads4 dargestellt, wobei G>F ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014210373 A1 [0002]

Claims

Diagonalventilator umfassend einen Elektromotor, ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses aufgenommenes und über den Elektromotor antreibbares Diagonallaufrad, dessen im Betrieb erzeugte Diagonalströmung von einer Innenwand des Gehäuse in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt wird, wobei in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad anschließend eine Nachleiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet ist, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt, wobei die Leitschaufeln eine Radialerstreckung von einem Nabenbereich der Nachleiteinrichtung zu dem Gehäuse aufweisen, und wobei eine gedachte Verlängerung im Abströmwinkel des Diagonallaufrads in einem axialen Abstand K von dem Diagonallaufrad auf die Innenwand des Gehäuses trifft und die Nachleiteinrichtung in einem axialen Abstand H zu dem Diagonallaufrad angeordnet ist, dass gilt 0,75≤K/H≤1,25.
Diagonalventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.
Diagonalventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung ein einen Ausblasabschnitt des Diagonalventilators überstreckendes Schutzgitter aufweist, welches eine axiale Länge L aufweist, die kleiner ist als eine axiale Länge C der Nachleiteinrichtung, wobei gilt L<0,5xC.
Diagonalventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung, das Gehäuse und das Schutzgitter einteilig ausgebildet sind.
Diagonalventilator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgitter eine Vielzahl von koaxial zueinander angeordnete Ringstege aufweist, welche jeweils parallel zur axialen Strömungsrichtung verlaufende und gegenüberliegende Stegflächen ausbilden.
Diagonalventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege im Bereich der Leitschaufeln axial zu einer Anströmkante der jeweiligen Leitschaufeln vorstehend ausgebildet sind.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung im axialen Querschnitt gesehen bogenförmig gekrümmt und/oder profiliert ausgebildet sind.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung dreidimensional gekrümmt ausgebildet sind.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung unmittelbar in das Schutzgitter übergehen.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Durchmesser G des Nabenbereichs der Nachleiteinrichtung größer ist als ein maximaler Durchmesser F einer Nabe des Diagonallaufrads, so dass der Nabenbereich der Nachleiteinrichtung die Nabe des Diagonallaufrads in axialer Projektion gesehen überdeckt.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor aufweist.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagonallaufrad einen Schleuderring aufweist, der in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln umschließt.
Diagonalventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuderring den Abströmwinkel des Diagonallaufrads festlegt.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Außenläufermotor ausgebildet ist.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Einlaufdüse umfasst, welche ansaugseitig an dem Gehäuse angeordnet ist, und wobei sich die Einlaufdüse in axialer Richtung in den Schleuderring hinein erstreckt.