DE10031725A1 - Ventilator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilator zur Erzeugung eines Fluidstromes, insbesondere eines Luftstromes. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventilator für einen beheizbaren Fluidstrom zu schaffen, bei dem die erforderliche Energieaufnahme verringert wird. DOLLAR A Ein erfindungsgemäßer Ventilator verfügt über ein Laufrad, das wenigstens eine Schaufel zum Fördern des Fluids aufweist. An wenigstens einem Teil der Schaufeln des Laufrades des Ventilators ist wenigstens ein Heizelement vorgesehen. Das Heizelement dient zum Erwärmen des Fluids während des Förderbetriebes des Ventilators.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator zur Erzeugung eines Fluidstromes, insbesondere eines Luftstromes.

Ventilatoren zur Erzeugung eines Fluidstromes, insbesondere eines Luftstromes, werden in vielfältiger Weise eingesetzt. Derartige Ventilatoren weisen ein Laufrad und daran ausgebil­ det oder angeordnet wenigstens eine Schaufel zum Fördern des Fluids. Prinzipiell sind solche Ventilatoren in Form von Ra­ diallüftern und in Form von Axiallüftern allgemein bekannt. Bei Radiallüftern wird durch die Schaufel ein Luftstrom er­ zeugt, der von der Drehachse des Radiallüfters radial weg­ weist und der von dem den Radiallüfter umgebenden Gehäuse in eine Abströmrichtung umgeleitet wird, die quer zu der Rota­ tionsachse des Ventilators ausgerichtet ist. Bei Axiallüftern wird ein in Richtung der Drehachse des Ventilators liegender Fluidstrom erzeugt.

Derartige Ventilatoren finden insbesondere zur Förderung von gasförmigen Fluiden, hierbei insbesondere von Luft, Anwen­ dung. Es können mit solchen Lüftern aber auch flüssige Medien gefördert werden.

Es gibt Anwendungsfälle, bei denen das geförderte Fluid nicht nur gefördert, sondern auch erwärmt werden muß. Die Erwärmung des geförderten Fluides erfolgt dabei üblicherweise mittels eines oder mehrerer Heizelemente, die dem Ventilator nachge­ ordnet sind. Zur Überwachung der Temperatur ist dann in der Regel nach dem Heizelement noch ein Temperaturfühler nachge­ ordnet, mittels dessen die Ventilatorleistung und/oder die Heizleistung des Heizelementes so aufeinander abgestimmt wird, daß die Temperatur des geförderten Fluids gesteuert oder geregelt werden kann.

Nachteilig bei derartigen Konstruktionen ist es, daß das Heizelement, das dem Ventilator nachgeordnet ist, für den Fluidstrom einen Strömungswiderstand darstellt. Somit ist die Förderleistung des Ventilators größer zu bemessen, als es für die reine Förderung des Fluids erforderlich wäre. Im übrigen haben die nachgeordneten Heizelemente den Nachteil, daß sich, aufgrund ihrer Funktion als Strömungswiderstand und als fest­ stehendes, umströmtes Bauteil, auf ihnen Verunreinigungen, die im Fluid enthalten sind, absetzen können. Handelt es sich bei dem Fluid um Luft, so setzen sich auf den Heizelementen oft Staubpartikel ab. An diese Staubpartikel können auch Ver­ unreinigungen der Luft, wie zum Beispiel Fett und Wasserdämp­ fe, eingelagert werden. Dies ist sowohl aus Gründen der För­ derleistung, des Wirkungsgrades des Heizelementes als auch aus Gründen der Hygiene unerwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventilator für einen be­ heizbaren Fluidstrom zu schaffen, bei dem die erforderliche Energieaufnahme verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegen der gattungsgemäßen Merkmale durch einen Ventilator mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Venti­ lator verfügt über ein Laufrad, das wenigstens eine Schaufel zum Fördern des Fluids aufweist. An wenigstens einem Teil der Schaufeln des Laufrades des Ventilators ist wenigstens ein Heizelement vorgesehen. Das Heizelement dient zum Erwärmen des Fluids während des Förderbetriebes des Ventilators.

Gemäß bevorzugter Ausgestaltung sind Heizelemente als elek­ trische Heizelemente ausgebildet, wobei diese vorzugsweise aus der Menge der Dickschicht, Bandheizleiter und der elek­ trisch leitenden Keramiken ausgewählt sind.

Weiter werden Ausgestaltungen bevorzugt, bei denen die Heiz­ elemente an der Oberfläche der Schaufeln angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Heizelemente in Heiz­ elementkanälen angeordnet sind, die schaufelseitig ausgebil­ det sind. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Heizelemente so ausgebildet sind, daß sie die Schaufel einer vorsprungs­ freien, glattflächigen Oberflächenkontur ergänzen.

Weiter bevorzugt werden Ausgestaltungen, bei denen die Heiz­ elemente in etwa längs und parallel zu der in Drehrichtung des Rotors vorderen Kante der Schaufel angeordnet sind. Vor­ teilhaft ist es, wenn sich die Heizelemente insgesamt über wenigstens nahezu die gesamte Längsausdehnung der Schaufel erstrecken.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn wenigstens auf einem Teil der Schaufeln ein Temperaturfühler angeordnet ist. Vorzugsweise wird mit dem Temperaturfühler eine Steuerung oder Regelung der Heizleistung von Heizelementen vorgenommen, so daß die Temperatur der geförderten Luft gesteuert oder geregelt ist. Gemäß bevorzugter Ausgestaltung ist der Temperaturfühler - in Drehrichtung der Schaufel gesehen - hinter einem ggf. vorhan­ denen Heizelement angeordnet. Gemäß weiter vorteilhafter Aus­ gestaltung der Erfindung sind Temperaturfühler auf den Schau­ feln angeordnet, die wenigstens ein Heizelement aufweisen.

Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Heiz­ leiter in wenigstens zwei Gruppen zusammengefaßt, wobei die Heizleistung vorzugsweise durch das ggf. auch getaktete Zu- bzw. Abschalten von Gruppen von Heizleitern gesteuert oder geregelt wird. Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizleiter einer Schaufel derselben Gruppe zugeord­ net. Gemäß einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß die Heizleiter einer Gruppe in Parallelschaltung zueinander angeordnet sind. Bei dieser, aber auch bei anderen Ausgestaltungen von parallel zueinander geschalteten Heizleitern ist es eine vorteilhafte weiterfüh­ rende Ausgestaltung der Erfindung, wenn jeder der Heizleiter eine ihm zugeordnete Durchbrennsicherung gegen übermäßiges Erwärmen aufweist.

Gemäß alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann es sich bei dem Ventilator sowohl um einen Axiallüfter als auch um einen Radiallüfter handeln. Handelt es sich bei dem Venti­ lator um einen Radiallüfter, so ist es möglich, daß die elek­ trische Kontaktierung dadurch erfolgt, daß die Schaufeln mit den darauf angeordneten Heizleitern die elektrische Verbin­ dung zwischen den beiden Lüfterrädern des Radiallüfters her­ stellt und damit zu Stromkreisen ergänzt. Ganz allgemein ist es möglich, daß die Schaufeln des Ventilators, die ein Heiz­ element aufweisen, aus einem Grundgerüst gebildet sind, wobei ein Dickschicht-Heizelement das Grundgerüst ummantelt und die äußere flächige Materialschicht die Oberfläche der Schaufel bildet.

Eine bevorzugte Verwendung eines derartigen Ventilators fin­ det in Haushaltsgeräten, wie (Heißluft-)Backöfen oder Wäsche­ trocknern, statt. Eine Verwendung ist auch in anderen elek­ trischen Geräten, wie zum Beispiel Haartrocknern, Handtrock­ nern und dergleichen, möglich. Es können drüber hinaus auch noch weitere Anwendungsfelder bestehen, beispielsweise bei Gebläsen, hier insbesondere in Kraftfahrzeugen, und bei (Flügelrad-)Pumpen. Wesentlich dabei ist lediglich, daß mit dem Ventilator ein Fluid gefördert werden soll, das gleich­ zeitig erwärmbar sein soll.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmal jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten ver­ wirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz bean­ sprucht wird.

Im übrigen ist die Erfindung nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Ventilators eines Axiallüfters, und

Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Ventilators eines Radiallüfters.

Die Fig. 1 zeigt den Ventilator eines Axiallüfters gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.

Die Figur zeigt einen Ventilator 11, der aus dem mittig ange­ ordneten, von einem nicht dargestellten Antrieb antreibbaren Laufrad 12 und den vier rotationssymmetrisch zum Zentrum des Laufrades 12 angeordneten Schaufeln 13. Bei den Schaufeln 13 kann es sich dabei um einfache, gewölbte oder flach ausgebil­ dete, beispielsweise aus Blech hergestellte, insbesondere ge­ stanzte Schaufeln handeln, die im Hinblick auf das Fördern des Fluids eine Fläche aufweisen, die gegenüber der Rota­ tionsebene des Ventilators 11 um seine Drehachse 14 ange­ stellt ist. Alternativ kann es sich um Schaufeln 13 handeln, die aufwendig gestaltet wurden und hinsichtlich ihrer Förder­ leistung bei bestimmter Drehzahl optimiert wurden. Die flä­ chige Gestaltung der Schaufel ist unabhängig von der Reali­ sierung der Erfindung.

Auf einem Teil oder - wie dargestellt - auf jeder der Schau­ feln kann ein Heizelement, beispielsweise ein Dickschicht- Heizleiter 15 angeordnet sein. Besteht die Schaufel 43 aus einem einfachen gestanzten Blech, so wird zunächst eine Iso­ lationsschicht und dann der Dickschicht-Heizleiter 15 auf die Blechoberfläche aufgetragen. Hierzu können die herkömmli­ chen, in diesem Zusammenhang verwendeten Beschichtungsverfah­ ren angewandt werden. Die Stromführung ist dabei so gewählt, daß auf einer Schaufel ein geschlossener Strompfad angeordnet ist, der im Bereich der Halterung der Schaufel 13 am Laufrad 12 kontaktiert ist. Zur Kontaktierung kommen herkömmliche Mittel, wie das Löten der Kontakte, ebenso in Frage, wie die Möglichkeit, Klemmverbindungen vorzusehen, die beim Befesti­ gen der Schaufeln 13 am Laufrad 12 automatisch kontaktiert werden.

Darüber hinaus ist noch im Zentrum der Schaufel 13, von der Dickschicht-Heizleiter-Schleife 15 umschlossen, ein Tempera­ tursensor 16 angeordnet. Dieser ist ebenfalls im Bereich des Laufrades 12 kontaktiert. Die Signale und Meßwerte des Tempe­ raturfühlers 16 können zur Steuerung und Regelung der Lei­ stung und der Drehzahl des Ventilators mit herangezogen wer­ den.

Die Kontaktierung des Laufrades zu feststehenden, am Lüfter­ gehäuse angeordneten Bauteilen kann beispielsweise über übli­ che Bürstenkontakte oder aber auch über induktiv arbeitende Einkopplungen erfolgen.

Damit das an den Schaufeln 13 vorbeiströmende Fluid einen guten Kontakt mit dem Dickschicht-Heizleiter 15 hat, ist der Heizleiter vorzugsweise auf der Seite der Schaufel 13 ange­ ordnet, die der stärkeren Fluidströmung ausgesetzt ist; dies ist die in Drehrichtung des Ventilators gesehen vordere Seite.

Um eine Steuerung oder Regelung der Heizleistung vorzunehmen, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Heizleiter in Gruppen zusammenzufassen. Beispielsweise können die beiden Heizleiter einander gegenüberliegender Schaufeln einer Gruppe zugeordnet werden, die stets gemeinsam zu- oder abgeschaltet wird. Über die Anzahl der zugeschalteten Gruppen wird dann die Heizleistung des Ventilators beeinflußt. Dabei ist es möglich, innerhalb einer einzelnen Gruppe die Heizleiter 15 parallel zueinander zu verschalten. Kommt es dann zu einer Beschädigung eines der Heizleiter, mit Unterbrechung des entsprechenden Stromkreises, so ist der andere Heizleiter der Gruppe dennoch intakt. Im vorliegenden Fall könnten also zwei Gruppen von Heizleitern gebildet werden, wobei bei Betrieb nur einer Gruppe von Heizleitern nur in etwa die Hälfte der maximal möglichen Heizleistung zur Verfügung stünde. Durch entsprechend getakteten Betrieb der Heizleiter kann auch eine nahezu stufenlose Regulierung der Leistung bis zur maximal möglichen Leistung erfolgen.

Die Fig. 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, das Beispiel eines Ventilators 11 eines Radiallüfters.

Dabei ist der Ventilator 11 um die Drehachse 14 herum im Lüf­ tergehäuse drehbar gehalten. Im Bereich der Drehachse 15 kön­ nen auch entsprechende Kontakte, insbesondere Bürstenschleif­ kontakte, zur Kontaktierung elektrischer Leitungen und zum Schließen von Stromkreisen vorhanden sein. Die Schaufeln 13 erstrecken sich dabei parallel zur Drehachse 14 zwischen den beiden Laufrädern 12. Dabei sind die Flächen der Schaufeln 13, die wiederum eben oder gewölbt ausgebildet sein können, leicht gegenüber der radialen Ausrichtung geneigt, damit Medium gefördert wird.

Die Schaufeln 13 können dabei aus einem Gerüst hergestellt sein, das beispielsweise als Kunststoff-Spritzteil ist. Beim Spritzen des Gerüstes können dabei gleichzeitig die Heizele­ ment-Enden und/oder ein Metall-Stanzgitter, welches zur elek­ trischen Verbindung der einzelnen Heizelemente und Kontaktie­ rung an die Spannungsversorgung dient, umspritzt werden (In­ sert-Technik). Das Heizelement 15 erstreckt sich dabei über die gesamte Länge einer Schaufel 13. Parallel zu dem Heizele­ ment 15 und in Strömungsrichtung des Fluids dahinter liegend, erstreckt sich der Temperaturfühler 16.

Im Gerüst der Schaufel 13 können dabei Aussparungen für den Heizleiter 15 und den Temperaturfühler 16 vorgesehen sein, so daß nach Einbringen oder Auftragen des Heizleiters und des Temperaturfühlers eine geschlossene, glatte Oberfläche der Schaufel gegeben ist. Es ist auch möglich, daß das Gerüst so gewählt ist, daß die Schaufel erst ergänzt durch den Heizlei­ ter 15 und ggf. ergänzt durch den Temperaturfühler 16, die Funktion und Wirkungsweise einer geschlossenen Schaufel auf­ weist, also das Gerüst ganz oder bereichsweise von Heizleiter 15 und/oder Temperaturfühler 16 ummantelt ist.

Erstreckt sich der Heizleiter über die gesamte Länge einer Schaufel, so ist es am einfachsten, wenn er beidseitig je­ weils am Laufrad 12 kontaktiert ist. Solange die Drehachse 14 außer auf bestimmten, dafür vorgesehenen Leitungsabschnitten nichtleitend ausgebildet ist und daher die beiden Laufräder 12 galvanisch voneinander trennt, kann in einfacher Weise die Kontaktierung und Stromführung von einer Seite des Venti­ lators zu dessen anderer Seite geführt sein und der Strom­ kreis somit durch das Heizelement 15 erst zum geschlossenen Kreis ergänzt werden.

Wie in der Zeichnung dargestellt, müssen nicht unbedingt alle Schaufeln 13 einen Heizleiter 15 und/oder einen Temperatur­ fühler 16 aufweisen. Es ist auch nicht unbedingt erforder­ lich, daß alle Schaufeln 13, die einen Heizleiter 15 aufwei­ sen, einen Temperaturfühler 16 aufweisen. Es ist auch denk­ bar, daß eine Schaufel 13 einen Temperaturfühler 16 aufweist, obgleich diese Schaufel 13 keinen Heizleiter 15 aufweist.

Ebenso wie im Beispiel der Fig. 1 erläutert, ist es möglich, die Heizleiter 15 zu Gruppen zusammenzufassen, wobei inner­ halb einer Gruppe die Heizleiter vorzugsweise parallel zuein­ ander geschaltet sind. Durch die dann mögliche stufenweise Zuschaltung einzelner Gruppen ist eine gestufte Steuerung/Rege­ lung der Heizleistung des Ventilators möglich.

Die elektrische Kontaktierung des Laufrades 12 kann dabei beispielsweise über einen Schleifring 17 und darauf laufen­ den, gehäuseseitigen Kohlenbürsten erfolgen. Vom Schleifring 17 wird der Strom über eine elektrische Leitung 18, die über­ wiegend radial verläuft und die gleichzeitig einen Verteiler­ ring zur Stromzufuhr an mehrere Schaufeln 13 beinhalten kann, wenigstens einer Schaufel 13 zugeführt, die ein Heizelement 15 aufweist, das sich über die ganze Breite einer Schaufel erstreckt. Auf der anderen Seite der Schaufel 13 wird dann wiederum von einer elektrischen Leitung 18 und über einen Schleifring 17 der Strom auf die andere Seite des Gehäuses zurückgeführt und von dort wieder an die Spannungsquelle ge­ führt, so daß ein geschlossener Stromkreis entsteht.

Alternativ zu der Verwendung eines Dickschicht-Heizleiters kann auch ein Flachband-Heizleiter oder ein anderer elektri­ scher Heizleiter an der Oberfläche einer Schaufel angeordnet sein. Insbesondere die Verwendung eines Flachband-Heizlei­ ters, der zwischen den beiden Laufrädern 12 des Ventilators 11 des Radiallüfters angeordnet ist, ist in einfacher Weise herstellbar.

Bei allen Ausführungsformen ist es möglich, den Heizleiter 15 wenigsten in einem Heiz-Bereich des Heizleiters 15 derart zu dimensionieren, daß er bei einer Übertemperatur an dieser de­ finierten Stelle durchbrennt und somit den Stromkreis unter­ bricht. Damit wird ein unzulässiges Überhitzen des Heizlei­ ters zuverlässig unterbunden. Soweit die anderen Heizleiter parallel und nicht seriell zu diesem Heizleiter angeordnet sind, sind diese in ihrer Funktion dadurch nicht beeinträch­ tigt.

Claims (18)

1. Ventilator, mit einem Laufrad und mit wenigstens einer Schaufel zum Fördern eines Fluids, dadurch gekennzeich­ net, daß an wenigstens einem Teil der Schaufeln (13) wenigstens ein Heizelement (15) zum Erwärmen des geför­ derten Fluids vorgesehen ist.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente (15) als elektrische Heizelemente ausgebil­ det sind, wobei diese vorzugsweise aus der Menge der Dickschicht-Heizleiter, Bandheizleiter und elektrisch leitenden Keramiken ausgewählt sind.

3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Heizelemente (15) an der Oberfläche der Schau­ feln (13) angeordnet sind.

4. Ventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (15) in Heizelementkanälen angeordnet sind, die schaufelseitig ausgebildet sind.

5. Ventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (15) so aus­ gebildet sind, daß sie die Schaufel (13) so ergänzen, daß eine vorsprungsfreie, glattflächige Oberflächenkon­ tur ausgebildet ist.

6. Ventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (15) in etwa längs und parallel zu der in Drehrichtung des Rotors vorderen Kante der Schaufeln (13) angeordnet sind.

7. Ventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einen Teil der Schaufeln (13) ein Temperaturfühler (16) angeordnet ist.

8. Ventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (16) in Drehrichtung der Schaufel gesehen hinter einem ggf. vorhandenen Heizelement (15) angeordnet ist.

9. Ventilator nach einem Ansprüche 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Temperaturfühler (16) auf den Schau­ feln (13) angeordnet sind, die wenigstens ein Heizele­ ment (15) aufweisen.

10. Ventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizleiter in wenigstens zwei Gruppen zusammengefaßt sind, wobei die Heizleistung vorzugsweise durch das Zu- bzw. Abschalten von Gruppen von Heizleitern (15) gesteuert oder geregelt wird.

11. Ventilator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (15) einer Schaufel (13) derselben Gruppe zugeordnet sind.

12. Ventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ventilator Teil eines Axiallüfters ist.

13. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator Teil eines Radiallüf­ ters ist.

14. Ventilator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kontaktierung der Heizleiter (15) da­ durch erfolgt, daß die Schaufeln (13) mit den darauf an­ geordneten Heizleitern (15) die elektrische Verbindung zwischen den beiden Lüfterrädern (12) des Radiallüfters herstellt und damit zu Stromkreisen ergänzt.

15. Ventilator nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) aus einem Grund­ gerüst bestehen, das zumindest bereichsweise mit einem Dickschicht-Heizelement beschichtet ist.

16. Verwendung eines Ventilators nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Haushaltsgerät, insbesondere einem (Heißluft-)Backofen oder Wäschetrockner.

17. Verwendung eines Ventilators nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Haartrockner, Handtrockner oder derglei­ chen.

18. Verwendung eines Ventilators nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Pumpen oder Gebläsen, insbesondere in Flügel­ radpumpen und Gebläsen in Kraftfahrzeugen.