DE2557620B2 - Lüfter mit Lüfterhaube für eine oberflächenbelüftete, geschlossene elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfter mit Lüfterhaube für eine oberflächenbelüftete, geschlossene elektrische Maschine, bestehend aus einem Laufrad, das aus einer Nabe und mehreren im Grundriß unregelmäßig viereckigen Lüfterflügeln besteht, deren eine Kante jeweils mit der Nabe und deren von der Nabe abgewandte Kante jeweils über ihre gesamte Länge mit einem sämtliche Lüfterflügel umgebenden mantelförmigen Luftleitelement verbunden sind. Ein derartiger Lüfter ist bereits aus dem DE-GM 68 10 216 bekannt.

Zur Kühlung von elektrischen Maschinen verwendet man je nach Zweck Radial- und Axiallüfter. Hierbei gibt man dem Radiallüfter wegen seiner einfachen Bauweise und seiner Drehrichtungsunabhängigkeit in der Regel den Vorzug. Allerdings bedingt diese einfache Bauweise hohe Spaltverluste und damit einen schlechten Wirkungsgrad. Diese Verluste sind dann besonders hoch, wenn der Laufraddurchmesser des Lüfters im Verhältnis zum Durchmesser der Lüfterhaube klein ist. Eine gewisse Abhilfe läßt sich durch eine Lüfterhaube erreichen, die speziell dem Laufrad angepaßt ist Hierzu sind allerdings besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich.

Es ist weiterhin bekannt, daß man den Wirkungsgrad eines Lüfters durch einen feststehenden Leitapparat, der mit der Lüfterhaube verbunden ist, verbessern kann. Dieser Leitapparat muß aber dem Lüfter sehr genau angepaßt werden, damit der zwischen dem Leitapparat und den Lüfterflügeln befindliche Spalt möglichst klein gehalten wird. Dies ist nur möglich durch einen hohen Aufwand konstruktiver und fertigungstechnischer Art Trotz dieser Maßnahmen lassen sich die Spaltverluste nur bis zu einem gewissen Grad verhindern, da der bei diesen Lüftern relativ kurze Lüfterkranz es nicht zuläßt, daß der beträchtliche Luftnebenstrom zur Kühlung des Motorgehäuses zur Verfügung steht. Nun ist die Höhe der Spaltverluste eine wesentliche Ursache für die Geräuschentwicklung einer Maschine, wozu noch die Einflüsse der Umfangsgeschwindigkeit (Luftaustrittsgeschwindigkeit), der Lagerung, des Gehäuses und dergleichen mehr hinzukommt Damit können keine hohen Forderungen an die Laufruhe eines Lüfters mit einem Laufrad für beide Drehrichtungen sowohl in offener wie in geschlossenen Ausführung gestellt werden. Hier hilft in den meisten Fällen zur Geräuschminderung nur noch der Austausch des Radiallüfters gegen einen Axiallüfter. Damit läßt sich die Maschine dann jedoch nur noch für eine Drehrichtung verwenden. Die Drehrichtungsunabhängigkeit der Maschine läßt

ίο sich nur dann wieder herstellen, wenn der Axiallüfter separat angetrieben wird, was jedoch wieder einen zusätzlichen Aufwand erfordert

Insgesamt gesehen ist bislang das Problem der Spaltverluste in einem derartigen Lüfter noch nicht in befriedigender Weise gelöst worden. Da die Entwicklung zu immer geräuschärmeren Maschinen führt, ist es unumgänglich, diese Spaltverluste so gering wie möglich zu halten. Der bereits bekannte Lüfter nach dem DE-GM 68 10 216, der für Einbaumotoren vorgesehen ist, besitzt ein geschlossenes Laufrad mit einem umlaufenden Luftleitring, der das Motorgehäuse haubenförmig umschließt Die Lüliterflügel sind im Verbindungsbereich mit dem Luftlettring dieser Haubenform angepaßt, so daß die Durchmesser von Lüfterflügel und Luftleitring nahezu übereinstimmen. Diese Anordnung führt zu einer großen Flügelumfangsgeschwindigkeit, die keine geräuscharme Ausführung zuläßt Um die Wirkung des Luftleitringes zu verbessern, ist dieser als verlängerte

Überschirmung ausgebildet, womit ein sogenannter äußerer Luftleitring entsteht. Zur Vermeidung von Kühlluftkurzschlüssen befindet sich an der oberen Öffnung des Lüfters ein Ansaugstutzen, der mit dem Lüfter rotiert Der von außen frei zugängliche Ansaugstutzen macht es allerdings erforderlich, aus Sicherheitsgründen noch eine besondere Schutzhaube vorzusehen. Zur Erreichung eines ausreichenden Kühlluftstromes und zur Vermeidung von Kühlluftkurzschlüssen sind somit erhebliche Aufwendungen erfor- derlich.

Desweiteren sind verschiedene elektrische Maschinen bekannt, die mit Lüftern ausgestattet sind, deren Formen je nach Verwendungszweck gestaltet sind. Bei einer flüssigkeitsgefüllten, liegenden elektrischen Ma schine ist ein Außenlüfter vorgesehen, dessen Lüfterflü gel im Grundriß fünfeckig gestaltet sind (DE-PS 7 08 634). Diese Maschine besitzt einen Wärmeaustauscher, durch den der Außenlüfter einen Kühlluftstrom hindurchjagt. — Auch ist eine dynamo-elektrische Maschine bekannt, deren Probleme sich auf eine Kühlluftführung im Gegenstromverfahren beziehen, wozu an den Enden der Maschine jeweils ein Lüfter mit im Grundriß sechseckigen Flügeln eingesetzt ist (US-PS 21 85 728). — Eine elektrische Maschine mit eingebau tem Kühler, wobei das Kühlmittel von einem Außenlüf ter an einer Stirnwand des Gehäuses in Rohre eingeblasen wird, ist in der DE-OS 23 60 830 beschrieben. Hierbei sind die Lüfterflügel derart gestaltet, daß in erster Linie eine gute Kühlluftströmung ermöglicht wird. Zur Vermeidung von Luftkurzschlüssen ist die Außenkante zur Lufteintrittsseite verlängert und parallel zu der Verlängerung befindet sich ein mit dem Gehäuse verbundenes Ansatzstück. — Ein Lüfter für eigenbelüftete Drehstrommotoren, mit einer auf der Motorwelle sitzenden Nabe und daran radial angeordneten Flügeln, ist aus dem DE-GM 74 13 569 bekannt Die Flügel des Lüfters weisen an ihrem äußeren Umfang einen massiven Außenring als Schwungmasse auf, um

eine sanfte Anlauf- und Verzögerungscharakteristik bei eigenbelüfteten Drehstrommotoren ohne gesonderte konstruktive Maßnahmen am Motor und seiner Schaltung zu erreichen.

Es liegt nun der Erfindung, ausgehend vom DE-GM 6810 216 die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter für elektrische Maschinen der eingangs genannten Art mit dem Ziel zu entwickeln, den Wirkungsgrad durch Verkleinerung der Spaltverluste auf einfache Weise zu verbessern und damit eine Geräuschverminderung herbeizuführen, ohne die bekannte Konfiguration der Lüfterhaube zu verändern.

Diese Aufgabe wird bei einem Lüfter der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die der Nabe abgev/andten Kanten der Lüfterflügel in einem Winkelbereich von 30° bis 60° zur Lüfterachse gerade oder gekrümmt verlaufen und daß das Luftleitelement mit seinem radial innenliegenden Ende in unmittelbarer Nähe der Lufteintrittsöffnung (Lufteintrittsgitter) beginnt und mit seinem radial außenliegenden Ende bis auf einen kleinstmöglichen Abstand an die Lüfterhaube herangeführt ist.

Der mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 erzielbare technische Fortschritt besteht darin, daß durch die Anordnung der Lüfterflügel in Verbindung mit dem Luftleitelement eine zweckentsprechende Führung des Luftstromes erreicht wird, wobei der Lufthauptstrom im wesentlichen ungehindert der Maschine zugeführt wird und der Luftnebenstrom durch Verlängerung des Weges, bedingt durch die Länge des Luftleitelements, dazu beiträgt, die Spaltverluste entscheidend zu verkleinern. Dies führt nicht nur zu einem besseren Wirkungsgrad des Lüfters, sondern auch zu einer besonders geräuscharmen Ausführung. Mit diesen Eigenschaften entspricht der erfindungsgemäße Lüfter voll und ganz den Anforderungen umweltentsprechender Maschinen, insbesondere für explosionsgeschützte Anlagen. Durch die Anordnung der von der Nabe abgewandten Kan'en der Lüfterflügel im Winkelbereich von 30" bis 60° zur Lüfterachse in gerader oder gekrümmter Ausführung erhält man für Maschinen in vollständig gekapselter Ausführung strömungstechnisch günstige Verhältnisse für das rotierende Luftleitelement, unter Einhaltung eines kleinstmöglichen Spaltes zwischen dem rotierenden Luftleitelement und der Lüfterhaube. Damit werden die Spaltverluste weiter verringert und der Lüfterflügelaußendurchmesser kann jetzt für die erforderliche Luftmenge kleiner als bisher gewählt werden, wodurch eine weitere Geräuschminderung erzielt wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Nabe, Lüfterflügel und Luftleitelement aus einem einstückigen Teil, z. B. einer Gußform, bestehen. Das wiederum führt zu einer einfachen herstellungstechnischen Fertigungsart.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Halbaxiallüfter gemäß der Erfindung mit geschlossenen Lüfterflügeln und rotierendem Luftleitelement, im Ausschnitt,

Fig.2 einen Halbaxiallüfter mit geschlossenen Lüfterflügeln und feststehendem Leitapparat, im Ausschnitt,

F i g. 3 einen Radiallüfter mit offenen Lüfterflügeln, im Ausschnitt.

Nach Fig. 1 sind die im Grundriß viereckigen Lüfterflügel 1 mit ihren Kanten 2 mit einer Nabe 3 verbunden. Die den Kanten 2 gegenüberliegenden Kanten 4 sind mit einem sämtliche Lüfterflügel umgebenden Luftleitelement 5 verbunden, das sich nicht nur über die gesamte Kantenlänge erstreckt, sondern

ίο diese Kante beträchtlich überragt. Die Verbindungskanten zwischen der Nabe 3 und dem Luftleitelement 5 tragen die Bezeichnungen 6 und 7. Der Lüfter ist mit seiner Nabe 3 auf dem verlängerten Teil einer Maschinenwelle 8 aufgesetzt, deren Achse somit gleichzeitig die Lüfterachse ist. Zur Frontseite befindet sich ein Lufteintrittsgitter 9 in der den Lüfter abdeckenden Haube 10. Die in Umrissen angedeutete Maschine ist mit 11 bezeichnet.

Durch die Gestaltung der Lüfterflügel 1 mit dem Luftleitelement 5 entsteht einmal ein Lufthauptstrom HS, der halbaxial geführt ist, und ein Luftnebenstrom NS, dessen Weg durch die Länge des Luftleitelements 5 vorgesehen ist. Durch den kleinstmöglichen Abstand des Luftleitelements zur Haube 10 entsteht ein kleiner Spalt s.

Bedingt durch die Länge des Luftleitelements erreicht der Laufraddurchmesser DR nahezu den Durchmesser der Haube 10, während der Lüfterflügelaußendurchmesser Da nur unwesentlich größer als der LüfterflügelinnendurchmesserZ?/ist.

Die in F i g. 2 gezeigte Darstellung dient lediglich der Gegenüberstellung mit einer bisher bekannten Ausführungsform eines Halbaxiallüfters. Der Lüfterflügel la besitzt einen nahezu regelmäßig viereckförmigen Grundriß, vorgegeben durch die Höhe Λ und die Breite b. Ein Leitapparat 5a ist fest mit der Haube 10a verbunden, die in der Frontseite ein Lufteintrittsgitter 9a besitzt. Mit 3a ist eine Nabe bezeichnet, die in ihrer Länge etwa der Höhe h des Lüfterflügels la entspricht.

Die Spaltverluste sind bestimmt durch den Abstand s zwischen dem Leitapparat 5a und der von der Nabe 3a abgewandten Kante. Die Gestaltung des Lüfterflügels la läßt eine halbaxiale Luftführung für den Hauptstrom HS zu, während der Luftnebenstrom NS von der Länge der abgewandten Kante von der Nabe 3a und dem Leitapparat 5a bestimmt wird. Im vorliegenden Fall ist der Lüfterflügelaußendurchmesser Da gleich dem Laufraddurchmesser. Das Verhältnis von Lüfterflügelinnendurchmesser Di und Lüfterflügelaußendurchmesser

so Da wird durch die Höhe h des Lüfterflügels la vorgegeben.

Auch F i g. 3 dient zur Gegenüberstellung mit einem bekannten Radiallüfter. Hierbei sind die Lüfterflügel \b offen und mit einer Kante an der Nabe 3Z> befestigt. Im wesentlichen bedingt durch die Gestaltung der Nabe 3Zj kommt es zu einer radialen Luftführung für den Hauptstrom HS, während der Luftnebenstrom NS sich im wesentlichen nach der Form der Außenkante des Lüfterflügels lbund der in diesem Bereich entsprechenden Form der Lüfterhaube 106 richiet. Das Lufteintrittsgitter 9b befindet sich an der Frontseite der Haube lOfc.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lüfter mit Lüfterhaube für eine oberflächenbelüftete, geschlossene elektrische Maschine, bestehend aus einem Laufrad, das aus einer Nabe und mehreren im Grundriß unregelmäßig viereckigen Lüfterflügeln besteht, deren eine Kante jeweils mit der Nabe und deren von der Nabe abgewandte Kante jeweils über ihre gesamte Länge mit einem sämtliche Lüfterflügel umgebenden mantelförmigen Luftleitelement verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nabe (3) abgewandten Kanten (4) der Lüfterflügel (1) in einem Winkelbereich von 30° bis 60° zur Lüfterachse gerade oder gekrümmt verlaufen und daß das Luftleitelement (5) mit seinem radial innenliegenden Ende in unmittelbarer Nähe der Lufteintrittsöffnung (Lufteintrittsgitter 9) beginnt und mit seinem radial außen liegenden Ende bis auf einen kleinstmöglichen Abstand (s) an die Lüfterhaube (10) herangeführt ist

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d die Nabe (3), Lüfterflügel (1) und Luftleitelement (5) aus einem einstückigen Teil, z. B. einer Gußform, bestehen.