DE102018129613A1

DE102018129613A1 - Radiallüfter mit integrierter Kühlfunktion

Info

Publication number: DE102018129613A1
Application number: DE102018129613.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Ehlers; Andreas Kuhlmey
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-05-28
Also published as: CN112955663A; CN209444583U; KR20210072775A; WO2020104153A1; EP3833876A1; EP3833876B1; CN112955663B; US20210388850A1; US11339801B2; KR102541764B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radialventilator (1) mit einem Ventilatorgehäuse (2) mit einem spiralförmigen Druckraum (D) sowie einer Rotorbaugruppe (10) umfassend ein innen axial offenes Lagerrohr (20) in dem eine, ein Ventilatorrad (30) tragende Welle (40) mit einem Rotor (50) eines Spalttopfmotors gelagert ist, wobei zwischen dem Lagerrohr (20) und der Wandung (W) des Spalttopfmotors ein Luftleitkanal (L) zwischen einem ersten Druckraumbereich (2a) und einem zweiten Druckraumbereich (2b) des spiralförmigen Druckraums (D) gebildet ist, so dass ein Luftstrom durch den Luftleitkanal (L) von dem einen zum anderen Druckraumbereich (2a, 2b) strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr (20) in den Druckraum (D) abführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radiallüfter, welcher über eine integrierte Kühlfunktion verfügt.
Bei Radialventilatoren besteht die Problematik, dass Wärme aufgrund mechanischer Reibung in den Lager der Rotorwelle entsteht und diese zu einer Überhitzung führt. Dieses Problem besteht insbesondere bei Radiallüftern für Hochdrehzahlanwendungen, die in einem axial einseitig geschlossenen, einteiligen Spalttopf montiert werden sollen, da dort die Wärme zusätzlich durch den Spalttopf an einem Wärmetransport nach außen gehindert wird.
Hochdrehzahlanwendungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Drehzahlen des Ventilatorrads bei denen die Umfangsgeschwindigkeit am Radialverdichter-Austritt mindestens 60 m/s beträgt. Hierdurch wird das thermische Problem noch verstärkt, da mit zunehmender Drehzahl auch zwangsläufig zusätzliche Hitze entsteht.
In einigen Anwendungsfällen werden die Gehäuse von Hochdrehzahlgebläsen aus einem Metall hergestellt. Dadurch ist eine Kühlung gegeben und kann die Wärme gut über die thermisch leitfähige Gehäusewand entweichen. Bei größeren oder stationären Hochdrehzahlgebläsen kann alternativ auch eine aufwändigere Öl- oder Wasserkühlung eingesetzt werden. Sofern ein Medium zur Kühlung verwendet werden kann, wird der zu kühlende Bereich von diesem Medium umströmt.
Für den Fall, dass das Gehäuse vollständig aus Metall gebildet wird, besteht der Nachteil darin, dass nur auf limitierte Formgebungs- und Verbindungstechniken zurückgegriffen werden kann. Das Primärgehäuse des Ventilators aus Kunststoff zu fertigen erlaubt zwar eine höhere Formfreiheit und ermöglicht alternative Fügeverfahren, allerdings ist dann der Wärmetransport unbefriedigend.
Bei einer Lagerkühlung durch Hilfsmedien wie Öl oder Wasser erfordert dies einen hohen konstruktiver Aufwand sowie Zusatzaggregate.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Rotorbaugruppe eines Radialventilators, insbesondere eines Hochdrehzahl- Radialventilators bereit zu stellen, die eine optimierte Kühlmöglichkeit für eine Lagerkühlung bietet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Hochdrehzahl-Radialventilator vorgeschlagen mit einem Ventilatorgehäuse mit einem spiralförmigen Druckraum (Spiralkanal) umfassend ein innen axial offenes Lagerrohr in dem eine, ein Ventilatorrad tragende Welle mit einem Rotor eines Spalttopfmotors gelagert ist, wobei zwischen dem Lagerrohr und der Wandung des Spalttopfs des Spalttopfmotors ein Luftleitkanal zwischen einem ersten Druckraumbereich und einem zweiten Druckraumbereich des spiralförmigen Druckraums gebildet ist, so dass ein Luftstrom durch den Luftleitkanal von dem einen zum anderen Druckraumbereich (insbesondere durch einen Bereich im Spalttopf) strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr in den Druckraum abführt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Luftkanalöffnung des Luftleitkanals unmittelbar in den Druckraum mündet. Die Ausgestaltung der Öffnung kann dabei so gewählt sein, dass diese strömungsbegünstigend ausgerichtet ist und ein Einströmen der Luft in dem spiralförmigen Druckraum begünstigt wird.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass wenigstens eine Luftkanalöffnung in einem Bereich im Druckraum des Gehäuses angeordnet ist, bei dem der Druck beim Betrieb des Ventilators gegenüber einem Luftkanalauslass des Luftleitkanals höher ist.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der eine Auskragung vom Lagerrohr gebildet wird und diese als eine im Wesentlichen runde plattenförmige Auskragung ausgebildet ist, deren Durchmesser größer ist, als der Durchmesser des Ventilatorrads.
Das Lagerrohr mit Kragen ist in das Gehäuse eingebaut, sodass eine ineinander verschachtelte Konstruktion gebildet wird. In dem Zwischenraum zwischen dem Lagerrohr mit Kragen und dem Gehäuse kann der Luftleitkanal zumindest teilweise durch Materialaussparungen in Form von Kanälen oder Nuten gebildet sein. Diese Kanäle werden so gestaltet, dass mindestens ein Kanal eine Öffnung zum Spiralkanal des Laufrades hat. Die Öffnung/en im Spiralkanal werden dabei bevorzugt so platziert, dass sie in den gängigen Arbeitspunkten des Gebläses eine möglichst große Druckdifferenz haben. Die jeweils andere Öffnung der Kanäle befindet sich im Bereich des Außendurchmessers des Lagerrohrs. Somit wird beim Betrieb des Radialventilators ein kontinuierlicher Medienstrom erzeugt, der in den Kanal auf der „Hochdruckseite“ des Spiralkanals einströmt, das Lagerrohr im Zentrum umströmt und schließlich durch den oder die anderen Kanäle auf der „Niederdruckseite“ des Spiralkanals wieder in den Spiralkanal abströmt. Dabei findet eine Erwärmung des Mediums statt und die Wärmemenge des Rotorsystems wird dadurch gezielt abgeführt. Die Positionierung der so gebildeten Zapfluftöffnungen muss nicht zwangsweise an diametral gegenüberliegenden Positionen erfolgen. Eine Variation mit mehreren Kanälen zur gezielten Strömungsgestaltung ist ebenso vorteilhaft, wie nur ein einzelner Kanal mit zentraler Rückströmung unterhalb des Impellers. Es müssen ferner nicht alle Zapfluftöffnungen in den Spiralkanal hinein ragen. Je nach Druckverhältnissen im Strömungsbereich kann es vorteilhaft sein, dass z. B. einer der Kanäle auf der Fläche unterhalb des Impellers endet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Luftleitkanäle ein gemeinsames Luftkanalsystem ausbilden und diese so miteinander verbunden sind, dass ein Luftstrom durch das Luftkanalsystem von dem einen zum anderen Druckraumbereich strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr in den Druckraum über die mehreren Luftleitkanäle abführt.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der oder die Luftleitkanäle im Ventilatorgehäuse als nutenartige Ausnehmungen ausgebildet sind.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Luftleitkanäle in einem Bereich unterhalb der Auskragung ausgebildet sind und von der Auskragung begrenzt werden. Auf diese Weise wird der Kanal einseitig durch die Auskragung des Lagerrohrs begrenzt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Luftleitkanal unmittelbar durch eine vom Ventilatorgehäuse gebildete Gehäusebodenplatte verläuft, die sich flächig unterhalb des Ventilatorrads befindet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung (vorzugsweise, wenn nur ein Kanal vorgesehen ist) sind die Öffnung zum Luftleitkanal im ersten Druckraumbereich und die Öffnung zum Luftleitkanal im zweiten Druckraumbereich des spiralförmigen Druckraums an diametral gegenüberliegenden Positionen vorgesehen. Es können aber auch sternförmig verteilt mehrere sich im Zentrum kreuzende Kanäle vorgesehen sein, deren Öffnungen jeweils diametral gegenüberliegen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Welle an einem ersten im Lagerrohr angeordneten Lager und einem dazu in Axialrichtung beabstandeten zweiten im Lagerrohr angeordneten Lager in einem Bereich zwischen dem Ventilatorrad und dem Rotor gelagert sind und der Luftleitkanal so verläuft, dass ein Luftstrom im Spalttopf (auch) um den Bereich der Lager strömt.
Eine konstruktiv vorteilhafte Lösung sieht ferner vor, dass der Spalttopf einteilig mit dem Ventilatorgehäuse ausgebildet ist.
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 seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Radialventilators,
2 eine perspektivische Schnittansicht durch den Radialventilator gemäß 1,
3 eine perspektivische Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 2 mit offenem Ventilatorgehäuse,
4 eine perspektivische Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 3, jedoch ohne das Ventilatorrad und ohne die Rotorbaugruppe mit Kragen sowie
5 bis 9 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 9 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Radialventilators 1 gezeigt.
Der Radialventilator 1 umfasst eine Rotorbaugruppe 10. Diese ist ausgebildet für einen Hochdrehzahl-Radialventilator. Die Rotorbaugruppe 10 umfasst ein innen axial offenes Lagerrohr 20. In dem Lagerrohr 20 ist eine Welle 40 gelagert, wobei auf der Welle 40 ein Rotor 50 eines Spalttopfmotors gelagert ist. Der außenliegende Stator 51 des Motors ist in den 1 und 2 ebenfalls zu erkennen. Das Lagerrohr 20 weist eine nach außen ragende radiale Auskragung 21 auf. Diese Auskragung 21 erstreckt sich über den Außenumfang 31 des Ventilatorrads 30.
In der Schnittansicht gemäß der 1 als auch der perspektivischen Schnittansicht der 2 ist gut zu erkennen, dass sich die Auskragung 21 über den Außenumfang 31 des Ventilatorrads 30 erstreckt. Die Auskragung 21 ist im Wesentlichen als eine runde plattenförmige Auskragung ausgebildet, deren Durchmesser größer ist, als der Durchmesser des Ventilatorrads 30. Das Ventilatorrad 30 ist so auf der Welle 40 platziert, dass das Ventilatorrad 30 in die Vertiefung in der Auskragung 21 angeordnet ist.
Der Radialventilator 1 besitzt ein Ventilatorgehäuse 2 mit einem spiralförmigen Druckraum D. Der Rotor 50, der auf der Welle 40 positioniert ist, ist als ein Spalttopfmotors im Spalttopf 3 gelagert, wobei zwischen dem Lagerrohr 20 und der Wandung des Spalttopfs 3 des Spalttopfmotors ein Luftleitkanal L zwischen einem ersten Druckraumbereich 2a und einem zweiten Druckraumbereich 2b des spiralförmigen Druckraums D gebildet ist, so dass ein Luftstrom durch den Luftleitkanal L von dem einen zum anderen Druckraumbereich 2a, 2b strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr 20 in den Druckraum D abführt.
Die Welle 40 wird zwischen zwei den beiden Lager 24, 25 gelagert, wobei eine Feder 28 gegen das erste Lager 24 vorgespannt ist, abstützt. Das zweite (in der 1 untere Lager 25) sitzt am unteren Ende des Lagerrohrs 20. Durch das untere Lager 25 ragt die Welle 40 mit dem Rotor 50.
Das Lagerrohr 20 lagert mit seiner radialen Auskragung 21 auf der Gehäusebodenplatte 5 auf und ist mit dem Ventilatorgehäuses 2 mittels einer Verscharubung befestigt. In der hier dargestellten Ausführungsform münden die Luftkanalöffnungen L1, L2 des Luftleitkanals L unmittelbar in den Druckraum D, wie dies gut in der 4 zu sehen ist. Ferner ist in der 4 erkennbar, dass die beiden Teil-Luftleitkanäle jeweils im Ventilatorgehäuse 2 als nutenförmige Aussparungen ausgebildet sind und jeweils vom Druckraum D bis zum Spalttopf 3 verlaufen.
In den 5 bis 9 finden sich weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei insbesondere die Gestaltung des Gehäuses 2, des Spalttopfs 3, des Lagerrohrs 20 und die Gestaltung des Wärmeableitabschnitts 23 in einer alternativen Form erfolgt sind. Zu erkennen ist auch die Auskragung des Spalttopfs 3v, welche sich zwischen ein Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil des Gehäuses 2 erstreckt. In der 9 ist ferner ersichtlich, dass im Bereich des Wärmeableitabschnitts 23 eine Befestigungsöffnung vorgesehen ist, um die Auskragung des Lagerrohrs 20 an der Auskragung des Spaltrohrs 3 zu befestigen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So könnte der dargestellte Luftleitkanal z. B. auch aus einer Vielzahl von Kanälen gebildet sein.

Claims

Radialventilator (1) mit einem Ventilatorgehäuse (2) mit einem spiralförmigen Druckraum (D) sowie einer Rotorbaugruppe (10) umfassend ein innen axial offenes Lagerrohr (20) in dem eine, ein Ventilatorrad (30) tragende Welle (40) mit einem Rotor (50) eines Spalttopfmotors gelagert ist, wobei zwischen dem Lagerrohr (20) und der Wandung (W) des Spalttopfs des Spalttopfmotors ein Luftleitkanal (L) zwischen einem ersten Druckraumbereich (2a) und einem zweiten Druckraumbereich (2b) des spiralförmigen Druckraums (D) gebildet ist, so dass ein Luftstrom durch den Luftleitkanal (L) von dem einen zum anderen Druckraumbereich (2a, 2b) strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr (20) in den Druckraum (D) abführt.
Radialventilator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Luftkanalöffnung (L1) unmittelbar in den Druckraum (D) mündet.
Radialventilator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Luftkanalöffnung (L1) in einen Bereich im Druckraum (D) angeordnet ist, bei dem der Druck beim Betrieb des Ventilators gegenüber einem Luftkanalauslass (L2) des Luftkanals (L) höher ist.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auskragung (21) vom Lagerrohr (20) gebildet wird und als eine im Wesentlichen runde plattenförmige Auskragung ausgebildet ist, deren Durchmesser D_A größer ist, als der Durchmesser D_V des Ventilatorrads.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Luftleitkanäle (L) ein gemeinsames Luftkanalsystem ausbilden und diese so miteinander verbunden sind, dass ein Luftstrom durch das Luftkanalsystem von dem einen zum anderen Druckraumbereich (2a, 2b) strömt und dabei Wärme vom Lagerrohr (20) in den Druckraum (D) über die mehreren Luftleitkanäle (L) abführt.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Luftleitkanäle (L) im Ventilatorgehäuse (2) ausgebildet sind.
Radialventilator (1) nach Anspruch 4 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitkanäle (L) in einem Bereich unterhalb der Auskragung (21) ausgebildet sind und von der Auskragung (21) begrenzt werden.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftleitkanal (L) durch eine Gehäusebodenplatte (2a) des Ventilatorgehäuses (2) verläuft, die sich flächig unterhalb des Ventilatorrads (30) befindet.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Luftleitkanal (L) im ersten Druckraumbereich (2a) und die Öffnung zum Luftleitkanal (L) im zweiten Druckraumbereich (2b) des spiralförmigen Druckraums (D) an diametral gegenüberliegenden Positionen vorgesehen sind.
Radialventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 und 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Gehäusebodenplatte (2a) des Ventilatorgehäuses (2) und dem Ventilatorrad (30) die Auskragung (21) befindet und das Lagerrohr (20) mit seiner radialen Auskragung (21) flächig auf einer Gehäusebodenplatte (2a) des Ventilatorgehäuses (2) auflagert.
Radialventilator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (40) an einem ersten im Lagerrohr (20) angeordneten Lager (24) und einem dazu in Axialrichtung beabstandeten zweiten im Lagerrohr (20) angeordneten Lager (25) in einem Bereich zwischen dem Ventilatorrad (30) und dem Rotor (50) gelagert sind und der Luftleitkanal (L) so verläuft, dass ein Luftstrom um den Bereich der Lager (24, 25) strömt.
Radialventilator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopf (3) einteilig mit dem Ventilatorgehäuse (2) ausgebildet ist.