DE102013112922A1

DE102013112922A1 - Diagonal- oder Axiallüfter

Info

Publication number: DE102013112922A1
Application number: DE102013112922.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Ragg
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-05-28
Also published as: WO2015075103A1; DE112014005327A5

Abstract

Ein Diagonal- oder Axiallüfter (100) mit einer Lufteinlassseite (108) und einer Luftauslassseite (109) sowie einem zumindest teilweise auf einem Lagerrohr (172) gelagerten Außenläufermotor (150) zum Antrieb eines Lüfterrads (140), welches dazu ausgebildet ist, im Betrieb eine zumindest teilweise durch Unterdruck bewirkte Erzeugung eines zumindest zur Kühlung des Außenläufermotors (150) vorgesehenen Kühlluftstroms (104) von der Luftauslassseite (109) in Richtung der Lufteinlassseite (108) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Diagonal- oder Axiallüfter mit einem Lüfterrad, welchem zu seinem Antrieb ein Außenläufermotor zugeordnet ist.
Bei derartigen Diagonal- oder Axiallüftern erreichen zugeordnete Außenläufermotoren im Betrieb Drehzahlen von beispielsweise bis zu 5.000 U/min, wobei kleinere Motoren dieser Bauart oftmals eine Leistung von weniger als 100 W haben. Dennoch können diese Außenläufermotoren im Betrieb sehr heiß werden, sodass zugeordnete Lagerelemente, welche zur drehbeweglichen Lagerung entsprechender Außenrotoren der Außenläufermotoren dienen, vergleichsweise stark erhitzt werden können. Dies kann zu einer Reduzierung einer jeweiligen Fettgebrauchsdauer von Schmierstoffen der Lagerelemente bzw. zu deren thermischer Zerstörung führen und damit die Lebensdauer solcher Diagonal- oder Axiallüfter einschränken bzw. verringern.
Um eine derartige Reduzierung einer jeweiligen Fettgebrauchsdauer von Schmierstoffen der Lagerelemente bzw. deren thermische Zerstörung zu verhindern, wird bei gebräuchlichen Diagonal- oder Axiallüftern ein Kühlluftstrom erzeugt und z.B. im Bereich zwischen den Lagerrohren und den Außenläufermotoren in einer zugeordneten Haupt-Förderrichtung durchgeführt. Diese Haupt-Förderrichtung weist hierbei von einer Lufteinlassseite zu einer Luftauslassseite eines dem jeweiligen Lüfter zugeordneten Lüftergehäuses.
Bei derartigen Diagonal- oder Axiallüftern besteht das Problem, dass es bei einer entsprechenden Durchströmung des Außenläufermotors durch den Kühlluftstrom einen Umkehrpunkt gibt: Im frei blasenden Betrieb, d.h. ohne Gegendruck, wird der Außenläufermotor wie oben beschrieben in der Haupt-Förderrichtung des Lüfters durchströmt, aber ab einem gewissen Gegendruck auf der Luftauslassseite dreht sich die Richtung des Kühlluftstroms um. Dieser Umkehrpunkt liegt in den meisten Fällen im angestrebten Arbeitsbereich des Lüfters. Dies hat zur Folge, dass der Diagonal- oder Axiallüfter sich bei Erreichen des Umkehrpunkts aufgrund eines Aussetzens des Kühlluftstroms wiederum stark erhitzen kann, was wiederum zu einer Reduzierung einer jeweiligen Fettgebrauchsdauer von Schmierstoffen der Lagerelemente bzw. zu deren thermischer Zerstörung führen und damit die Lebensdauer solcher Diagonal- oder Axiallüfter einschränken bzw. verringern kann.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Diagonal- oder Axiallüfter bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch einen Diagonal- oder Axiallüfter gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei diesem Diagonal- oder Axiallüfter wird mit einfachen Mitteln eine Verlängerung der Lebensdauer erreicht, da ein jeweils erzeugter Kühlluftstrom bei allen Betriebsbedingungen seine Richtung beibehält, nämlich entgegengesetzt zur Haupt-Förderrichtung des Lüfters, so dass der Außenläufermotor und somit das Lagerrohr sowie zugeordnete Lagerelemente bei allen Betriebsbedingungen sicher gekühlt werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Diagonal- oder Axiallüfters mit einem Lüfterrad gemäß der Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht des Diagonal- oder Axiallüfters von 1 in Explosionsdarstellung,
3 eine Schnittansicht des Lüfterrads von 1 und 2, gesehen entlang einer Schnittlinie III-III von 4,
4 eine Draufsicht auf eine Unterseite des Lüfterrads von 1 bis 3,
5 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Unterseite des Lüfterrads von 1 bis 4,
6 ein Ausschnitt der Schnittansicht von 3,
7 eine perspektivische Schnittansicht des Lüfterrads von 1 bis 4,
8 ein Ausschnitt der Schnittansicht von 7,
9 eine Draufsicht auf eine Oberseite des Lüfterrads von 1 bis 3,
10 eine Seitenansicht des Lüfterrads von 1 bis 3,
11 eine perspektivische Ansicht des Lüfterrads von 1 bis 3,
12 ein Messdiagramm von Betriebsparametern des Diagonal- oder Axiallüfters von 1, und
13 ein Messdiagramm von Betriebsparametern des Diagonal- oder Axiallüfters von 1 mit einem gebräuchlichen Lüfterrad.
In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe links, rechts, oben und unten auf die jeweilige Zeichnungsfigur und können in Abhängigkeit von einer jeweils gewählten Ausrichtung (Hochformat oder Querformat) von einer Zeichnungsfigur zur nächsten variieren. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
1 zeigt einen mit einem Lüftergehäuse 110 versehenen Lüfter 100 mit einem Lüfterrad 140, welcher gemäß einer Ausführungsform nach Art eines Diagonal- oder Axiallüfters ausgebildet ist und einen bevorzugt elektronisch kommutierten Antriebsmotor 150 zum drehenden Antrieb des Lüfterrads 140 aufweist.
Der Antriebsmotor 150 ist bevorzugt nach Art eines Außenläufermotors ausgebildet und hat einen Innenstator 130, einen vom Lüfterrad 140 ausgebildeten Außenrotor 160, sowie eine Leiterplatte 176, welche z.B. mit zur Steuerung des Antriebsmotors 150 erforderlichen elektronischen Bauteilen bestückt ist.
Der Innenstator 130 ist durch einen magnetischen Luftspalt vom Außenrotor 160 getrennt, um somit im Betrieb des Lüfters 100 mit dem Außenrotor 160 zusammenwirken zu können aber trotzdem eine Drehung des Außenrotors 160 zu ermöglichen. Das den Außenrotor 160 ausbildende Lüfterrad 140 hat hierzu einen becherförmigen Träger 182, welcher bevorzugt als Formstück aus Kunststoff ausgebildet ist, und an welchem eine auch als Rotorwelle bezeichnete Welle 149 drehfest befestigt ist. Der becherförmige Träger 182 hat bevorzugt eine Bodenwand 184 und eine ringförmige Seitenwand 188, die auf der von der Bodenwand 184 abgewandten Seite ein offenes bzw. freies Ende aufweist.
Der becherförmige Träger 182 definiert auf seiner Innenseite einen Innenraum 192, der in 3, 7 und 8 dargestellt ist, wobei er in 3 zur Illustration gepunktet dargestellt ist. Auf Grund der zentralen Rotorwelle 149 ist der Innenraum 192 bevorzugt ringförmig ausgebildet.
Auf der Leiterplatte 176 sind, vorzugsweise auf deren vom Innenstator 130 abgewandten Seite, illustrativ mindestens zwei Thermoelemente 198, 199 angeordnet, welche hier lediglich zur Erfassung von Betriebsparametern des Lüfters 100 zu Versuchszwecken dienen und somit nur optionalen Charakter haben, sodass bei einer serientauglichen Herstellung des Lüfters 100 auf deren Verwendung verzichtet werden kann.
Das Lüftergehäuse 110 bildet bevorzugt eine Lufteinlassseite 108 und eine Luftauslassseite 109 aus und ist mit einem Flanschteil 170 versehen, an welchem ein Lagerrohr 172 angeordnet ist. Dieses Flanschteil 170 ist über eine Mehrzahl von Verbindungsstegen 117 mit dem Lüftergehäuse 110 verbunden, wobei hier zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung nur ein einzelner Verbindungssteg mit dem Bezugszeichen 179 gekennzeichnet ist. Zur Befestigung an oder in einem externen Gerät weist das Lüftergehäuse 110 illustrativ Befestigungsmittel 112, z.B. Befestigungsöffnungen, auf.
Das Lagerrohr 172 ist bevorzugt einstückig mit dem Flanschteil 170 ausgebildet und weist eine Lagerrohrwand 122 auf, welche vorzugsweise eine zentrale Lagerrohrausnehmung 124 zur Aufnahme einer Lageranordnung 131 ausbildet. Diese hat ein oder mehrere Lagerelemente 173, 174, welche bevorzugt von mindestens zwei Wälz- oder Kugellagern 173, 174 ausgebildet werden. Es sind aber auch Sinterlager 173, 174 möglich. Auf dem Lagerrohr 172 ist der Innenstator 130 zumindest teilweise angeordnet, insbesondere drehfest und bevorzugt zumindest im Wesentlichen zentriert, und bevorzugt ebenso die Leiterplatte 176. Hierzu hat der Innenstator 130 eine zentrale Innenstatorausnehmung 139, welche zur Anordnung auf der Lagerrohrwand 122 vorgesehen ist.
Das Lüftergehäuse 110, die Verbindungsstege 117, das Flanschteil 170 und das Lagerrohr 172 sind bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet, da Kunststoff eine günstige Herstellung und feine Details ermöglicht. Bei leistungsstarken Elektromotoren werden die genannten Teile jedoch bevorzugt teilweise oder vollständig aus Metall ausgebildet, da Metall einerseits mechanisch stabiler ist und andererseits auch die im Elektromotor entstehende Wärme besser ableiten kann als Kunststoff.
Am Lüfterrad 140 ist ein erster Fluidkanal (Kühlkanal) 177 vorgesehen, und im Bereich des Lagerrohrs 172 ist mindestens ein zweiter Fluidkanal (Kühlkanal) 171, 175 vorgesehen, um eine Kühlung des Innenraums 192 zu unterstützen und zu verbessern, indem ein Fluid, insbesondere Luft oder ein anderes Gas, durch den Innenraum 192 geleitet wird, wie dies im Folgenden näher beschrieben wird.
Der Innenstator 130 weist bevorzugt ein mit einer Motorwicklung 132 versehenes Blechpaket 134 auf, welches die zentrale Innenstatorausnehmung 139 ausbildet. Im Bereich zwischen dem Innenstator 130 und der zentralen Lagerrohrausnehmung 124 ist bevorzugt mindestens ein zweiter Fluidkanal 171, 175 ausgebildet. Illustrativ sind hier zwei zweite Fluidkanäle 171, 175 gezeigt. Diese zweiten Fluidkanäle 171, 175 führen bevorzugt durch das Flanschteil 170 hindurch und erstrecken sich im Bereich zwischen der zentralen Innenstatorausnehmung 139 und der Lagerrohrwand 122 z.B. zwischen hierzu an der Lagerrohrwand 122 ausgebildeten Längsstegen 128, 129. Hierbei erstrecken sich die zweiten Fluidkanäle 171, 175 bevorzugt von der Luftauslassseite 109 des Lüftergehäuses 110 zumindest bereichsweise in der zentralen Innenstatorausnehmung 139 in Richtung zur Lufteinlassseite 108 des Lüftergehäuses 110, vorzugsweise zumindest bis zu einem Bereich, der auf einer von der Luftauslassseite 109 des Lüftergehäuses 110 abgewandten Seite des Innenstators 130 angeordnet ist, besonders bevorzugt in den Innenraum 192.
Neben einer Fluidzufuhr durch die zweiten Fluidkanäle 171, 175 ist auch eine Fluidzufuhr von dem freien Ende der ringförmigen Seitenwand, das sich auf den Druckseiten 181’’, 185’’ der Lüfterflügel 181, 185 befindet, über den magnetischen Luftspalt in den Innenraum 192 (3) möglich, wobei dieser Fluidstrom nicht über die Lagerelemente 173, 174 strömt und daher in diesem Bereich nicht kühlt.
Des Weiteren hat der Innenstator 130 bevorzugt Befestigungselemente 138 zur drehfesten Befestigung des Innenstators 130 an der Leiterplatte 176. Zur Befestigung der Rotorwelle 149 weist der becherförmige Träger 182 bevorzugt einen Befestigungsabschnitt 186 auf, an dem ein Metallteil 107 befestigt ist, insbesondere als Einlegeteil im Kunststoffspritzguss, an welchem die Rotorwelle 149 verdrehgesichert befestigt ist. Diese ist bevorzugt um eine Drehachse 141 drehbar in der Lageranordnung 131 gelagert.
An der ringförmigen Seitenwand 188 ist eine Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 zur Erzeugung eines in einer Haupt-Förderrichtung 105 des Lüfters 100 von der Lufteinlassseite 108 des Lüftergehäuses 110 zu dessen Luftauslassseite 109 durch das Lüftergehäuse 110 gerichteten Luftstroms 103 angeordnet. Hierbei bildet jeder der Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 eine der Luftauslassseite 109 zugewandte Druckseite und eine der Lufteinlassseite 108 zugewandte Unterdruckseite aus. Illustrativ sind hier lediglich zwei der Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 sichtbar, welche mit den Bezugszeichen 181, 185 gekennzeichnet sind. Diese Lüfterflügel 181, 185 bilden beispielhaft Druckseiten 181‘‘ bzw. 185‘‘ und Unterdruckseiten 181‘ bzw. 185‘ aus.
Die Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182 weist an ihrer der Luftauslassseite 109 des Lüftergehäuses 110 zugewandten Seite 184‘ bevorzugt eine Mehrzahl von Versteifungsrippen 190 auf, von denen hier nur zwei sichtbar sind, welche mit den Bezugszeichen 191, 193 gekennzeichnet sind. Darüber hinaus bildet die Bodenwand 184 an ihrer Seite 184‘ mindestens einen ersten Fluidkanal aus, insbesondere durch eine entsprechende Anordnung der Mehrzahl von Versteifungsrippen 190. Illustrativ ist hier ein einzelner erster Fluidkanal 177 sichtbar. Dieser steht vorzugsweise einerseits mit dem Innenraum 192 und damit mit mindestens einem der zweiten Fluidkanäle 171, 175 in Fluidverbindung, und er steht andererseits über mindestens eine am becherförmigen Träger 182 im Bereich der Bodenwand 184 ausgebildete Luftdurchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit der Unterdruckseite mindestens eines Lüfterflügels. Hierbei ist an der Bodenwand 184 bevorzugt eine Mehrzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 120 ausgebildet.
Illustrativ steht der erste Fluidkanal 177 mit dem zweiten Fluidkanal 175 in Fluidverbindung und über eine Luftdurchtrittsöffnung 178 in Fluidverbindung mit der Unterdruckseite 185‘ des Lüfterflügels 185. Dies dient dazu, um im Betrieb des Lüfters 100 eine zumindest teilweise durch Unterdruck bewirkte Erzeugung eines zumindest zur Kühlung des Außenläufermotors 150 vorgesehenen Kühlluftstroms 104 von der Luftauslassseite 109 zumindest über den zweiten Fluidkanal 175, den ersten Fluidkanal 177 und die mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung 178 zur Unterdruckseite 185‘ zu ermöglichen. Hierbei bildet die mit der Mehrzahl von Versteifungsrippen 190 versehene Bodenwand 184 im Betrieb des Lüfters 100 bevorzugt mindestens bereichsweise ein Radiallüfterrad aus, um die Erzeugung des Kühlluftstroms 104 zumindest zu unterstützen.
Der erste Fluidkanal 177, und bevorzugt alle in bzw. an der Bodenwand 184 ausgebildeten ersten Fluidkanäle, sind vorzugsweise zumindest im Bereich einer jeweils zugeordneten Luftdurchtrittsöffnung, d.h. der erste Fluidkanal 177 im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung 178, von einem Begrenzungsglied in Richtung der Luftauslassseite 109 begrenzt. Dieses Begrenzungsglied wird bevorzugt von einem insbesondere ringförmigen und radial magnetisierten, permanentmagnetischen Rotormagneten 162 des Außenrotors 160 des Außenläufermotors 150 ausgebildet, welcher bei einer Montage des Lüfterrads 140, z.B. ausgehend von einem freien Ende des becherförmigen Trägers 182, bevorzugt bis gegen die Mehrzahl von Versteifungsrippen 190 in den becherförmigen Träger 182 eingeschoben und dort fixiert wird.
An einer Innenseite bzw. der dem Innenstator 130 zugewandten Seite des becherförmigen Trägers 182 ist bevorzugt ein hülsenförmiges Rückschlussteil 168 des Außenrotors 160 drehfest angeordnet, an welchem z.B. der Rotormagnet 162 des Außenrotors 160 zum Zusammenwirken mit der Motorwicklung 132 angeordnet und befestigt ist. Das hülsenförmige Rückschlussteil 162 ist zumindest bereichsweise aus einem magnetisch leitenden Werkstoff ausgebildet und bevorzugt durch Spritzguss an dem als Formstück aus Kunststoff ausgebildeten, becherförmigen Träger 182 befestigt, indem das Rückschlussteil 162 beispielsweise als Einlegeteil in die Spritzgussform eingelegt wird und anschließend der Kunststoff in die Spritzgussform eingespritzt wird. Hierbei erstreckt sich das hülsenförmige Rückschlussteil 168 bevorzugt nicht bis in die Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182, um eine Anordnung des hülsenförmigen Rückschlussteils 168 im Bereich der mindestens einen Luftdurchtrittsöffnung 178 zu vermeiden.
Im Betrieb des Lüfters 100 saugt das Lüfterrad 140 bei einer Drehung in eine mit einem Pfeil 101 gekennzeichnete Drehrichtung durch die Lufteinlassseite 108 Luft an, wie mit einem Pfeil 102 angedeutet. Aus dieser angesaugten Luft 102 erzeugt die Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 den in der Haupt-Förderrichtung 105 durch das Lüftergehäuse 110 gerichteten Luftstrom 103, z.B. zur Kühlung eines externen Geräts. Hierbei entsteht durch Unterdruck der Kühlluftstrom 104 zur Kühlung des Lagerrohrs 172 sowie der Lageranordnung 131 und des Innenstators 130, welcher im Betrieb des Lüfters 100 immer ausgehend von dessen Luftauslassseite 109 zumindest über den zweiten Fluidkanal, z.B. den zweiten Fluidkanal 175, den ersten Fluidkanal 177 und die mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung 178 zur Unterdruckseite 185‘ strömt, um von dort aus mit dem Luftstrom 103 in der Haupt-Förderrichtung 105 abtransportiert zu werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Funktionsweise eines Diagonal- oder Axiallüfters sowie die Funktionalität und der prinzipielle Aufbau des bevorzugt elektronisch kommutierten Außenläufermotors 150 dem Fachmann hinreichend bekannt sind. Deshalb wird hier zwecks Einfachheit und Knappheit der Beschreibung auf eine weitere Beschreibung hiervon verzichtet.
2 zeigt den Lüfter 100 von 1 mit dem den Außenrotor 160 ausbildenden Lüfterrad 140, dem an der Leiterplatte 176 befestigten Innenstator 130, welcher mit dem Außenrotor 160 den Außenläufermotor 150 ausbildet, sowie dem Lüftergehäuse 110. Dieses ist über die Mehrzahl von Verbindungsstegen 117 mit dem Flanschteil 170 verbunden, wobei die Mehrzahl von Verbindungsstegen 117 zusätzlich zum Verbindungssteg 179 von 1 illustrativ drei weitere Verbindungsstege aufweist, welche mit den Bezugszeichen 274, 276 und 279 gekennzeichnet sind.
Das am Flanschteil 170 angeordnete Lagerrohr 172 ist zur Ausbildung der zweiten Fluidkanäle 171, 175 sowie weiterer zweiter Fluidkanäle ausgebildet, von welchen beispielhaft zwei zweite Fluidkanäle mit den Bezugszeichen 271, 275 gekennzeichnet sind. Der zweite Fluidkanal 271 ist hierbei ähnlich wie die zweiten Fluidkanäle 171, 175 zur Ausbildung am Außenumfang der Lagerrohrwand 122 des Lagerrohrs 172 vorgesehen, d.h. in einem vom Außenumfang der Lagerrohrwand 122, zwei an der Lagerrohrwand 122 ausgebildeten Längsstegen 281, 282 sowie der zentralen Innenstatorausnehmung 139 begrenzten Bereich. Hierbei können die Längsstege 281, 282 derart ausgebildet sein, dass der Innenstator 130 in seiner axialen Richtung an diesen abgestützt wird, z.B. an einem hierzu vorgesehenen Absatz. Der zweite Fluidkanal 275 ist im Gegensatz hierzu jedoch beispielhaft in bzw. innerhalb der Lagerrohrwand 122 ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch lediglich ein einzelner dieser Fluidkanaltypen Anwendung finden kann und auch eine jeweils vorgegebene Anzahl an Fluidkanälen anwendungsspezifisch vorgebbar ist.
Das Lüfterrad 140 weist hier zusätzlich zu den beiden Lüfterflügeln 181, 185 illustrativ drei weitere Lüfterflügel 183, 187, 189 auf. Diese weisen in Analogie zu den Druckseiten 181‘‘, 185‘‘ und Unterdruckseiten 181‘, 185‘ der Lüfterflügel 181, 185 Druckseiten 183‘‘, 187‘‘, 189‘‘ sowie Unterdruckseiten 183‘, 187‘, 189‘ auf. Darüber hinaus sind im Bereich jeder der Unterdruckseiten 181‘, 183‘, 185‘, 187‘, 189‘ bevorzugt jeweils zwei Luftdurchtrittsöffnungen an der Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182 des Lüfterrads 140 ausgebildet, wobei lediglich die Luftdurchtrittsöffnungen an den Unterdruckseiten 185‘, 187‘ zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung gekennzeichnet sind. Dementsprechend ist im Bereich der Unterdruckseite 185‘ neben der Luftdurchtrittsöffnung 178 eine weitere Luftdurchtrittsöffnung 278 vorgesehen und im Bereich der Unterdruckseite 187‘ sind zwei Luftdurchtrittsöffnungen 287, 289 vorgesehen.
3 zeigt das Lüfterrad 140 von 1 und 2 zur Verdeutlichung des becherförmigen Trägers 182, an welchem die Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 bevorzugt einstückig ausgebildet ist und in welchem das hülsenförmige Rückschlussteil 168 sowie der Rotormagnet 162 zur Ausbildung des Außenrotors 160 angeordnet sind. Darüber hinaus verdeutlicht 4 die bevorzugt durch Spritzguss ausgeführte Befestigung des Metallteils 107, an welchem die Rotorwelle 149 verdrehgesichert befestigt ist, am Befestigungsabschnitt 186 des becherförmigen Trägers 182.
4 zeigt das Lüfterrad 140 von 1 und 2 zur Verdeutlichung der Druckseiten 181‘‘, 183‘‘, 185‘‘, 187‘‘, 189‘‘ der Lüfterflügel 181, 183, 185, 187, 189 sowie der Seite 184‘ der Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182, an welcher die Mehrzahl von Versteifungsrippen 190 ausgebildet ist. Diese erstrecken sich bevorzugt stern- oder speichenförmig radial auswärts, ausgehend von einem Bereich, in welchem die Rotorwelle 149 verdrehgesichert am Metallteil 107 befestigt ist. Hierbei sind illustrativ zusätzlich zu den Versteifungsrippen 191, 193 drei weitere Versteifungsrippen mit den Bezugszeichen 491, 492, 493 gekennzeichnet, auf die nachfolgend bei 5 eingegangen wird.
5 zeigt das Lüfterrad 140 von 4, bei welchem etwa im Bereich des Lüfterflügels 187 die ringförmige Seitenwand 188 des becherförmigen Trägers 182, das hülsenförmige Rückschlussteil 168 und der Rotormagnet 162 illustrativ weggebrochen sind, um die Luftdurchtrittsöffnungen 287, 289 im Bereich der Unterdruckseite 187‘ des Lüfterflügels 187 von 2 zu verdeutlichen. Diese sind bevorzugt in einem vorgegebenen Umfangswinkelbereich α des Lüfterflügels 187 am becherförmigen Träger 182 ausgebildet. Der Umfangswinkelbereich α umfasst vorzugsweise zumindest einen Bereich der Unterdruckseite 187‘, in welchem im Betrieb des Lüfters 100 von 1 und 2 jeweils ein Unterdruck auftritt.
Die Luftdurchtrittsöffnung 289 bildet hierbei mit den Versteifungsrippen 491, 492 einen ersten Fluidkanal 578 aus, und die Luftdurchtrittsöffnung 287 bildet mit den Versteifungsrippen 492, 493 einen ersten Fluidkanal 577 aus. Diese ersten Fluidkanäle 577, 578 sind analog zum ersten Fluidkanal 177 von 1 an der Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182 ausgebildet und werden zumindest abschnittweise vom Rotormagnet 162 überdeckt, sind aber bevorzugt abschnittsweise zur Luftauslassseite 109 hin offen. Alternativ hierzu können die ersten Fluidkanäle 177, 577, 578 z.B. durch ein passendes Teil aus Kunststoff oder Blech abgedeckt werden.
6 zeigt einen Ausschnitt 600 des Lüfterrads 140 von 3 zur Verdeutlichung der Befestigung des hülsenförmigen Rückschlussteils 168 an der ringförmigen Seitenwand 188 des becherförmigen Trägers 182. Hierbei ist das Rückschlussteil 168 bevorzugt durch Spritzguss zwischen zwei an der ringförmigen Seitenwand 188 vorgesehenen Ringschultern 684, 688 eingespritzt.
Darüber hinaus ist innerhalb des hülsenförmigen Rückschlussteils 168, bevorzugt durch Einpressen und/oder Verkleben, der Rotormagnet 162 befestigt. Dieser hat vorzugsweise eine minimale radiale Erstreckung 602, welche größer als eine maximale radiale Erstreckung 601 des bevorzugt ebenfalls durch Spritzguss in den Befestigungsabschnitt 186 des becherförmigen Trägers 182 eingespritzten Metallteils 107 ist, um eine Anordnung des Metallteils 107 im Bereich des Rotormagneten 162 zu vermeiden.
Es sind Lüfterräder bekannt, bei denen ein metallischer Rotortopf aus magnetisch leitendem Werkstoff vorgesehen ist. Solche metallischen Rotortöpfe sind naturgemäß sehr stabil und auch für leistungsstarke Lüfter geeignet. Die gezeigte Lösung ist im direkten Vergleich nicht so stabil wie ein metallischer Rotortopf, da das Metallteil 107 und das Rückschlussteil 168 nur über den Kunststoff miteinander verbunden sind. Es hat sich aber gezeigt, dass für viele Anwendungen die hierdurch erzielbare Stabilität ausreichend ist, und die Herstellung mit dem die Teile 107, 168 verbindenden Kunststoff ist insbesondere im Bereich der Luftdurchtrittsöffnungen 120 deutlich einfacher als mit einem metallischen Rotortopf, bei dem entsprechende Öffnungen in den metallischen Rotortopf gebohrt werden müssen, was zeitaufwändig und teuer ist.
7 zeigt das Lüfterrad 140 von 3 in leicht gekippter Stellung, um hierdurch die an der Seite 184‘ der Bodenwand 184 des becherförmigen Trägers 182 ausgebildete Mehrzahl von Verstärkungsrippen 190.
8 zeigt einen Ausschnitt 800 des Lüfterrads 140 von 7 zur Verdeutlichung des im Bereich der Verstärkungsrippe 191 und der Luftdurchtrittsöffnung 178 ausgebildeten, ersten Fluidkanals 177, sowie zur Verdeutlichung des im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung 178 gegen die Ringschulter 684 der ringförmigen Außenwand 188 des becherförmigen Trägers 182 anliegenden, hülsenförmigen Rückschlussteils 168.
9 zeigt das Lüfterrad 140 von 1 und 2 zur Verdeutlichung von der am becherförmigen Träger 182 im Bereich der Bodenwand 184 ausgebildeten Mehrzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 120. Diese sind bevorzugt jeweils im Bereich zwischen zwei in Umfangsrichtung des Lüfterrads 140 benachbarten bzw. gegenüberliegenden Verstärkungsrippen der Mehrzahl von Verstärkungsrippen 190 angeordnet. Z.B. ist die Luftdurchtrittsöffnung 289 im Bereich zwischen den Verstärkungsrippen 491, 492 angeordnet, usw.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Mehrzahl von Verstärkungsrippen 120 hier lediglich illustrativ an der Bodenwand 184 erkennbar ist. Allerdings steht die Mehrzahl von Verstärkungsrippen 120 auf der abgebildeten – in 1 der Lufteinlassseite 108 des Lüftergehäuses 110 zugewandten – Seite der Bodenwand 184 vorzugsweise nicht über diese über bzw. aus dieser hervor.
10 zeigt das Lüfterrad 140 von 1 und 2 zur Verdeutlichung des hier illustrativ nach einer entsprechenden Kühlung des Lagerrohrs 172 sowie der Lageranordnung 131 und des Innenstators 130 von 1 und 2 aus den Luftdurchtrittsöffnungen 287, 289 in Richtung der Unterdruckseite 187‘ des Lüfterflügels 187 austretenden Kühlluftstroms 104 von 1. Dieser wird dann wie oben beschrieben mit dem von der Mehrzahl von Lüfterflügeln 180 erzeugten Luftstrom 103 in die Haupt-Förderrichtung 105 des Lüfters 100 von 1 und 2 abtransportiert.
11 zeigt das Lüfterrad 140 von 1 und 2 zur Verdeutlichung von der am becherförmigen Träger 182 im Bereich der Bodenwand 184 ausgebildeten Mehrzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 120, sowie zur Verdeutlichung der Unterdruckseiten 181‘, 183‘, 185‘, 187‘, 189‘ und der Druckseiten 181‘‘, 183‘‘, 185‘‘, 187‘‘, 189‘‘ der Lüfterflügel 181, 183, 185, 187, 189.
12 zeigt ein Messdiagramm 1200 von Betriebsparametern, insbesondere von kritischen Temperaturverläufen, des Lüfters 100 von 1, welche zumindest teilweise unter Verwendung der Thermoelemente 198, 199 von 1 erfasst wurden und in Abhängigkeit von einem jeweiligen Volumenstrom in m³/h, d.h. dem von dem Lüfter 100 geförderten Luftstrom 103 von 1, illustriert sind, wobei der jeweilige Volumenstrom auf einer Abszisse 1202 abgebildet ist. Auf zugeordneten Ordinaten 1204, 1206 sind Temperaturdifferenzen in Kelvin und eine jeweilige Raumtemperatur in °C, sowie eine jeweilige Motorleistung in W des Außenläufermotors 150 von 1 abgebildet.
Mit dem Bezugszeichen 1210 ist die Raumtemperatur gekennzeichnet, bei welcher die Messung ausgeführt wurde. Diese beträgt etwa 24,5° C. Die bei der Messung vom Lüfter 100 aufgenommene elektrische Leistung ist mit dem Bezugszeichen 1220 gekennzeichnet. Ein bei der Messung in der Motorwicklung 132 von 1 verzeichneter Temperaturanstieg ist mit dem Bezugszeichen 1230 gekennzeichnet. Dieser liegt hier im Bereich von 12 bis 15 K. Ein entsprechender Temperaturanstieg im Kugellager 173 von 1 ist mit dem Bezugszeichen 1240 gekennzeichnet und liegt bei Werten zwischen 7,5 und 11 K. Ein entsprechender Temperaturanstieg im Kugellager 174 von 1 ist mit dem Bezugszeichen 1250 gekennzeichnet und liegt bei Werten zwischen 10 und 15 K.
13 zeigt ein Messdiagramm 1300 von Betriebsparametern, insbesondere von kritischen Temperaturverläufen, eines gemäß dem Lüfter 100 von 1 aufgebauten Lüfters, bei welchem ein gebräuchliches Lüfterrad verwendet wurde, sodass bei einer entsprechenden Kühlung des Lagerrohrs 172 sowie der Lageranordnung 131 und des Innenstators 130 von 1 ein aus dem Stand der Technik bekannter Umkehrpunkt auftritt. Die Betriebsparameter bzw. Temperaturverläufe wurden wiederum zumindest teilweise unter Verwendung der Thermoelemente 198, 199 von 1 erfasst und sind in Abhängigkeit von einem jeweiligen Volumenstrom in m³/h, d.h. dem von dem Lüfter geförderten Luftstrom, illustriert, wobei der jeweilige Volumenstrom auf einer Abszisse 1302 abgebildet ist. Auf zugeordneten Ordinaten 1304, 1306 sind Temperaturdifferenzen in Kelvin und eine jeweilige Raumtemperatur in °C, sowie eine jeweilige Motorleistung in W des Außenläufermotors 150 von 1 abgebildet.
Mit dem Bezugszeichen 1310 ist die Raumtemperatur gekennzeichnet, bei welcher die Messung ausgeführt wurde. Diese beträgt etwa 23,3° C. Die bei der Messung vom Lüfter aufgenommene elektrische Leistung ist mit dem Bezugszeichen 1320 gekennzeichnet. Ein bei der Messung in der Motorwicklung 132 von 1 verzeichneter Temperaturanstieg ist mit dem Bezugszeichen 1330 gekennzeichnet. Dieser liegt hier im Bereich von 26 bis 33 K. Ein entsprechender Temperaturanstieg im Kugellager 173 von 1 ist mit dem Bezugszeichen 1340 gekennzeichnet und liegt bei Werten zwischen 10 und 20 K. Ein entsprechender Temperaturanstieg im Kugellager 174 von 1 ist mit dem Bezugszeichen 1350 gekennzeichnet und liegt bei Werten zwischen 7,5 und 20 K.
Wie aus dem Messdiagramm 1300 ersichtlich ist, liegt ein Umkehrpunkt 1399 vor, in welchem ein entsprechender Kühlluftstrom zur Kühlung des Lagerrohrs 172 sowie der Lageranordnung 131 und des Innenstators 130 von 1 seine Richtung ändert, d.h. im Bereich vor dem Umkehrpunkt 1399 ist die Kühlluftströmung von der Lufteinlassseite 108 von 1 zur Luftauslassseite 109 gerichtet und dreht sich anschließend in die in 1 gezeigte Richtung um. Hierdurch entstehen bei einem Volumenstrom von etwa 500 bzw. 550 m³/h Temperaturspitzen in der Motorwicklung 132 sowie den Kugellagern 173, 174 von 1, wie aus den Temperaturanstiegen 1330, 1340, 1350 ersichtlich, da bei dem Volumenstrom zwischen etwa 410 und 550 m³/h keine Kühlung des Lagerrohrs 172 sowie der Lageranordnung 131 und des Innenstators 130 von 1 erfolgt, was zu einem abrupten Ausfall des Lüfters führen könnte.
Darüber hinaus ergibt sich aus einem Vergleich mit 12, dass die Temperaturanstiege in der Motorwicklung 132 und den Kugellagern 173, 174 von 1 sich hier wesentlich ungünstiger gestalten und somit zu einer Verringerung einer entsprechenden Fettgebrauchsdauer führen können. Dies kann wie oben beschrieben zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Lüfters, welcher ohne das erfindungsgemäße Lüfterrad 140 betrieben wird, führen.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.
So ist es sehr aufwändig, bei einem Lagerrohr 172 aus Metall entsprechende zweite Fluidkanäle 171, 175 auszubilden. In solchen Fällen können die zweiten Fluidkanäle 171, 175 auch weggelassen werden, wobei dies einen schlechteren Fluidstrom zur Folge hat, der jedoch teilweise durch die bessere Wärmeleitfähigkeit des Metalls kompensiert wird.

Claims

Diagonal- oder Axiallüfter (100), welcher aufweist: Ein Lüftergehäuse (110), welches eine Lufteinlassseite (108) und eine Luftauslassseite (109) ausbildet, ein Lagerrohr (172), welches eine Lagerrohrwand (122) aufweist, welche eine zentrale Lagerrohrausnehmung (124) zur Aufnahme einer Lageranordnung (131) ausbildet; einen Außenläufermotor (150) mit einem Innenstator (130) und einem Außenrotor (160), welcher Innenstator (130) eine zentrale Innenstatorausnehmung (139) aufweist und zumindest teilweise auf dem Lagerrohr (172) angeordnet ist; ein Lüfterrad (140), welches um eine Drehachse (141) drehbar über die Lageranordnung (131) gelagert ist und vom Außenläufermotor (150) drehend antreibbar ist, welches Lüfterrad (140) einen becherförmigen Träger (182) aufweist, welcher auf seiner becherförmigen Innenseite einen Innenraum (192) definiert, und an welchem becherförmigen Träger (182) eine Mehrzahl von Lüfterflügeln (181, 183, 185, 187, 189) zur Erzeugung eines in einer Haupt-Förderrichtung (105) von der Lufteinlassseite (108) zur Luftauslassseite (109) durch das Lüftergehäuse (110) gerichteten Luftstroms (103) angeordnet ist; wobei jeder Lüfterflügel (181, 183, 185, 187, 189) eine der Luftauslassseite (109) zugewandte Druckseite (181‘‘, 183‘‘, 185‘‘, 187‘‘, 189‘‘) und eine der Lufteinlassseite (108) zugewandte Unterdruckseite (181‘, 183‘, 185‘, 187‘, 189‘) ausbildet; und wobei der becherförmige Träger (182) des Lüfterrads (140) eine Bodenwand (184) und eine ringförmige Seitenwand (188) aufweist, welche Bodenwand (184) an ihrer der Luftauslassseite (109) zugewandten Seite (184‘) mindestens einen ersten Fluidkanal (177) ausbildet, welcher mindestens eine am becherförmigen Träger (182) im Bereich der Bodenwand (184) ausgebildete Luftdurchtrittsöffnung (178) aufweist, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum (192) und der Unterdruckseite (185‘) mindestens eines Lüfterflügels (185) bewirkt, um im Betrieb eine zumindest teilweise durch Unterdruck bewirkte Erzeugung eines zumindest zur Kühlung des Außenläufermotors (150) vorgesehenen Kühlluftstroms (104) über den ersten Fluidkanal (177) und die mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung (178) zur Unterdruckseite (185‘) zu ermöglichen.
Lüfter nach Anspruch 1, bei welchem der mindestens eine erste Fluidkanal (177) zumindest im Bereich der mindestens einen Luftdurchtrittsöffnung (178) von einem Begrenzungsglied (162) in Richtung der Luftauslassseite (109) begrenzt ist.
Lüfter nach Anspruch 2, bei welchem der Außenrotor (160) des Außenläufermotors (150) mit einem permanentmagnetischen Rotormagneten (162) versehen ist, wobei der Rotormagnet (162) ringförmig ausgebildet ist und das Begrenzungsglied (162) ausbildet.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung (287, 289) in einem vorgegebenen Umfangswinkelbereich (α) des mindestens einen Lüfterflügels (187) ausgebildet ist.
Lüfter nach Anspruch 4, bei welchem der vorgegebene Umfangswinkelbereich (α) einen Bereich der Unterdruckseite (187‘) des mindestens einen Lüfterflügels (187) umfasst, in welchem im Betrieb jeweils ein Unterdruck auftritt.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem an der der Luftauslassseite (109) zugewandten Seite (184‘) der Bodenwand (184) des becherförmigen Trägers (182) eine Mehrzahl von Versteifungsrippen (191, 193) ausgebildet ist.
Lüfter nach Anspruch 6, bei welchem die mit der Mehrzahl von Versteifungsrippen (191, 193) versehene Bodenwand (184) im Betrieb mindestens bereichsweise ein Radiallüfterrad ausbildet, um die Erzeugung des Kühlluftstroms (104) zumindest zu unterstützen.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der becherförmige Träger (182) als Formstück aus Kunststoff ausgebildet ist, in welchem ein hülsenförmiges Rückschlussteil (168) befestigt ist, insbesondere durch Spritzguss.
Lüfter nach Anspruch 8, bei welchem sich das hülsenförmige Rückschlussteil (168) nicht in die Bodenwand (184) des becherförmigen Trägers (182) erstreckt, um eine Anordnung des hülsenförmigen Rückschlussteils (168) im Bereich der mindestens einen Luftdurchtrittsöffnung (178) zu vermeiden.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in der Bodenwand (184) des becherförmigen Trägers (182) ein Metallteil (107) befestigt ist, insbesondere durch Spritzguss, an welchem eine in dem Lagerrohr (172) drehbar gelagerte Welle (149) verdrehgesichert befestigt ist.
Lüfter nach Anspruch 10, bei welchem das Metallteil (107) eine maximale erste radiale Erstreckung (601) aufweist und ein in dem becherförmigen Träger (182) angeordneter Rotormagnet (162) des Außenrotors (160) des Außenläufermotors (150) eine minimale zweite radiale Erstreckung (602) aufweist, wobei die erste radiale Erstreckung (601) kleiner ist als die zweite radiale Erstreckung (602), um eine Anordnung des Metallteils (107) im Bereich des Rotormagneten (162) zu vermeiden.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im Bereich zwischen dem Innenstator (130) und der zentralen Lagerrohrausnehmung (124) mindestens ein zweiter Fluidkanal (171, 175) ausgebildet ist, welcher mindestens eine zweite Fluidkanal (171, 175) einerseits mit der Luftauslassseite (109) und andererseits mit dem Innenraum (192) in Fluidverbindung steht, um einen Kühlluftstrom (104) von der Luftauslassseite (109) über den mindestens einen zweiten Fluidkanal (171, 175), anschließend über den mindestens einen ersten Fluidkanal (177) und die mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung (178) zur Unterdruckseite (185‘) zu ermöglichen.
Lüfter nach Anspruch 12, bei welchem das Lagerrohr (172) mit einem Flanschteil (170) des Lüftergehäuses (110) verbunden ist, wobei der mindestens eine zweite Fluidkanal (171, 175) durch das Flanschteil (170) durchführt.
Lüfter nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem der mindestens eine zweite Fluidkanal (171, 175) in der Lagerrohrwand (122) des Lagerrohrs (172) ausgebildet ist.
Lüfter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welchem sich der mindestens eine zweite Fluidkanal (171, 175) von der Luftauslassseite (109) des Lüftergehäuses (110) zumindest bereichsweise in der zentralen Innenstatorausnehmung (139) in Richtung zur Lufteinlassseite (108) des Lüftergehäuses (110) erstreckt, bevorzugt zumindest bis zu einem Bereich, der auf einer von der Luftauslassseite (109) des Lüftergehäuses (110) abgewandten Seite des Innenstators (130) angeordnet ist.