DE102017112987A1

DE102017112987A1 - Laufrad und Gebläse

Info

Publication number: DE102017112987A1
Application number: DE102017112987.1A
Authority: DE
Inventors: Rainer Müller; Matthias Hennegriff; Jochen Häfner
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-12-13
Also published as: EP3559473B1; CN207178294U; WO2018228819A1; EP3559473A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (1) eines Gebläses mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Laufradschaufeln (7) und einem sich um eine Rotationsachse des Laufrads (1) angeordneten Nabenteil (2), das als ein einen Hohlraum umschließenden Hohlkörper einstückig an dem Laufrad (1) ausgebildet ist und eine achszentrale Motorwellenaufnahme (12) zur befestigenden Aufnahme einer Motorwelle (8) aufweist, wobei die Motorwellenaufnahme (12) über sich strahlenförmig von der Motorwellenaufnahme (12) durch den Hohlraum nach radial außen erstreckende Verbindungsstreben (10) an dem Hohlkörper des Nabenteils (2) angebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad eines Gebläses mit einem Nabenteil, das als ein einen Hohlraum umschließenden Hohlkörper einstückig an dem Laufrad ausgebildet ist und eine achszentrale Motorwellenaufnahme zur befestigenden Aufnahme einer Motorwelle aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Gebläse mit einem entsprechenden Laufrad.
Aus dem Stand der Technik sind Laufräder von Gebläsen bekannt, bei denen separate Nabenteile verwendet werden, um das Zusammenwirken von Welle und Nabe mit dem Laufrad sowie eine einseitige Laufradlagerung bereitzustellen. Das Nabenteil muss dabei gesondert montiert werden. Zudem überdeckt das Nabenteil zumindest teilweise den Gebläsemotor und verhindert eine Kühlung auf der axialen Seite des Motors, auf der das Nabenteil aufgesetzt wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad sowie ein Gebläse bereit zu stellen, bei denen die Montage vereinfacht und eine Kühlung eines Gebläsemotors auch auf der Seite der Welle-Nabe-Verbindung bzw. der Laufradlagerung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird Laufrad eines Gebläses mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Laufradschaufeln und einem sich um eine Rotationsachse des Laufrads angeordneten Nabenteil vorgeschlagen, das als ein einen Hohlraum umschließenden Hohlkörper einstückig an dem Laufrad ausgebildet ist und eine achszentrale Motorwellenaufnahme zur befestigenden Aufnahme einer Motorwelle aufweist. Die Motorwellenaufnahme ist dabei über sich strahlenförmig von der Motorwellenaufnahme durch den Hohlraum nach radial außen erstreckende Verbindungsstreben an dem Hohlkörper des Nabenteils angebunden.
Zum einen ist vorteilhaft, dass das Nabenteil einstückig an dem Laufrad ausgebildet wird, so dass die Wirkverbindung zwischen Motorwelle und Nabe des Laufrads in das Laufrad integriert ist. Dadurch kann die Verbindung des Laufrads beziehungsweise der an dem Nabenteil anordenbaren Motorwelle mit dem Rotor des Gebläsemotors in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Ferner ist günstig, dass das Nabenteil als Hohlkörper ausgebildet und die Motorwellenaufnahme über die Verbindungsstreben gehalten ist. Der Hohlkörper bietet einen Luftraum zur Kühlung des an das Nabenteil angrenzenden Gebläsemotors. Die Verbindungsstreben erzeugen zudem eine Luftverwirbelung, Luftzirkulation bzw. Luftströmung innerhalb des Hohlraums und verhindern einen Wärmestau.
Zur Verbesserung der Kühlleistung ist in einer Ausführung vorgesehen, dass die Verbindungsstreben als durchgängige Kühlschaufeln ausgebildet sind. Zudem können die Kühlschaufeln gekrümmt oder gebogen sein, um im Hohlraum eine Strömung auf bestimmte Bauteile, beispielsweise des Gebläsemotors, oder zu seiner Mantelfläche zu erzeugen.
Dies ist besonders für eine Ausführungsvariante günstig, bei der das Laufrad dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hohlkörper des Nabenteils auf seiner Mantelfläche zumindest eine Aussparung aufweist, so dass der Hohlraum strömungsverbunden zu einem Bereich des Laufrads ist, in dem die Laufradschaufeln angeordnet sind. Die Luft kann somit aus dem an den Gebläsemotor angrenzenden Hohlraum des Nabenteils heraus geleitet werden. Die Kühlleistung durch das Nabenteil wird dadurch deutlich gesteigert.
Vorteilhaft ist ferner, dass in Umfangsrichtung mehrere zueinander beabstandete Aussparungen in der Mantelfläche des Hohlkörpers vorgesehen sind, deren Gesamtfläche 20-90%, weiter bevorzugt 30-70%, weiter bevorzugt 50-70% der Gesamtmantelfläche des Hohlkörpers einnehmen. Bei den Aussparungen handelt es sich demnach nicht um kleine Löcher oder nicht abgedichtete Randschlitze, sondern um explizit zur Luftabführung vorgesehene, ausreichend große Durchgangsöffnungen zum Luftaustausch, die einen wesentlichen Anteil an der Gesamtmantelfläche einnehmen. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Aussparungen in Umfangsrichtung auf der Mantelfläche gleichmäßig verteilt vorgesehen. Eine oder mehrere der Aussparungen können zudem über ihre Formgebung als Anlagefläche, d.h. einer Art Anlageschablone, im Montageprozess weiterer Bauteil verwendet werden. Das zu montierende Bauteil kann hierzu eine lokal komplementäre Form aufweisen, um die Position gegenüber dem Laufrad festzulegen.
Die Verbindungsstreben liegen vorteilhafterweise über ihre gesamte axiale Länge an der Motorwellenaufnahme und dem Hohlkörper an und sorgen somit für eine hohe Steifigkeit und Stabilität.
In einer Ausführung des Laufrads weist das Nabenteil eine axiale Austrittsöffnung zum Durchtritt der Motorwelle auf und die Motorwellenaufnahme schließt sich hülsenartig in axialer Richtung an die Austrittsöffnung an. Die Motorwelle erstreckt sich dabei durch die hülsenartige Motorwellenaufnahme durch das Nabenteil und axial durch die Austrittsöffnung hindurch, so dass sie außerhalb des Nabenteils über ein Lager beispielsweise am Gebläsegehäuse gelagert werden kann.
Für eine besonders gute Stabilität wird in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass sich die Motorwellenaufnahme über die gesamte axiale Länge des Nabenteils durch den Hohlraum des Nabenteils hindurch erstreckt.
Das Laufrad ist in einem Ausführungsbeispiel gekennzeichnet durch einen sich um die Rotationsachse des Laufrads erstreckenden Zentralabschnitt, der einen Aufnahmeraum aufweist, der ausgebildet ist, zumindest Teile eines Motors aufzunehmen. Der Zentralabschnitt kann zylinderförmig ausgebildet werden, um einen Motorabschnitt zu umschließen bzw. auf den Gebläsemotor aufgesetzt zu werden.
Das Nabenteil ist vorteilhafterweise als einstückige, kegelförmige axiale Verlängerung des Zentralabschnitts des Laufrads ausgebildet. Die Mantelfläche des Nabenteils erstreckt sich dabei in axialer Richtung radial einwärts auf die Rotationsachse des Laufrads zu.
Bei dem Laufrad ist in einer Variante vorgesehen, dass sich der Zentralabschnitt und das Nabenteil aus einer axial mittigen Teilungsebene des Laufrads ausschließlich in eine axiale Richtung erstrecken und eine axial einseitige Anbindung an die Motorwelle bereitstellen.
Das Laufrad bestimmt einer Ausführungsbeispiel auf einer axialen Seite einen sich an radiale Innenkanten der Laufradschaufeln angrenzenden Aufnahmeraum, in den sich das Nabenteil hinein erstreckt. Die Laufradschaufeln weisen zudem eine Axiallänge auf, dass sie das Nabenteil in axialer Richtung überstrecken.
In einer Weiterbildung des Laufrads ist die Motorwellenaufnahme formschlüssig mit der Motorwelle verbunden. Insbesondere kann die Motorwelle im Spritzguss mit der Motorwellenaufnahme umspritzt werden.
Die Erfindung umfasst zudem ein Gebläse mit einem Gebläsegehäuse und einem darin angeordneten Gebläsemotor sowie einem vorstehend beschriebenen Laufrad, wobei das Laufrad den Gebläsemotor radial außenseitig umschließt und auf einer einzigen axialen Seite doppelt gelagert ist.
Insbesondere ist in einer Ausführung des Gebläses vorgesehen, dass das Laufrad über die Motorwelle an dem Gebläsegehäuse und an dem Gebläsemotor gelagert 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 perspektivische Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen Laufrads;
2 eine perspektivische Ansicht des Laufrads aus 1 angeordnet in einem teilweise aufgeschnittenen Gebläse;
3 eine Seitenansicht des in 2 teilweise dargestellten Gebläses.

Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines teilweise aufgeschnittenen Laufrads 1 in perspektivischer Ansicht. Der Aufbau des Laufrads 1 ist durch eine axial mittige Teilungsebene 11 getrennt, die als Bezugsebene dient. Gleichwohl kann das Laufrad 1 einstückig ausgebildet sein. In beiden durch die Teilungsebene 11 gebildeten axialen Teilen weist das Laufrad 1 im radialen Außenabschnitt in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Laufradschaufeln 7 auf, die sich über die gesamte Axiallänge des jeweiligen axialen Teils des Laufrads 1 erstrecken. Im in 1 rechten Teil des Laufrads 1 schließt sich an die nach radial innen auslaufenden Laufradschaufeln 7 der sich rotationssymmetrisch um die Rotationsachse des Laufrads 1 erstreckende Zentralabschnitt 9 an und bildet den Aufnahmeraum 39, der Teile des Motors überdeckt bzw. aufnimmt, wie in 2 gezeigt.
Einstückig schließt sich an den Zentralabschnitt 9 das als Hohlkörper ausgebildete Nabenteil 2 an. In dem durch den Hohlkörper des Nabenteils 2 gebildeten Hohlraum ist die achszentrale Motorwellenaufnahme 12 angeordnet und über die sich durch den Hohlraum strahlenförmig nach radial außen erstreckenden Verbindungsstreben 10 an dem Hohlkörper des Nabenteils 2 angebunden. In der gezeigten Ausführung werden als Verbindungsstreben 10 zwei identisch geformte, gegenüberliegende vollflächig durchgängige Kühlschaufeln verwendet, die jeweils im Wesentlichen über ihre gesamte axiale Länge entlang sowohl an der Motorwellenaufnahme 12 als auch an dem Hohlkörper des Nabenteils 2 befestigt sind. Die Motorwellenaufnahme 12 erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des Nabenteils 2.
Das Nabenteil 2 bildet eine domartige, kegelförmige axiale Verlängerung des Zentralabschnitts 9 des Laufrads 1 und erstreckt sich in den sich an die radialen Innenkanten der Laufradschaufeln 7 angrenzenden Aufnahmeraum 27 hinein. In der gezeigten Ausführung ist die Axiallänge der Laufradschaufeln 7 größer als die axiale Erstreckung des Nabenteils 2, so dass die Laufradschaufeln 7 das Nabenteil 2 in axialer Richtung überstrecken. Das Nabenteil 2 weist auf seiner Mantelfläche 5 zumindest mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, identisch geformte Aussparungen 6 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Hohlraum des Nabenteils 2 zu dem Bereich der Laufradschaufeln 7 herstellen. Die Aussparungen 6 erstrecken sich in axialer Richtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Nabenteils 2 und bestimmen in der gezeigten Ausführung ca. 60% der Gesamtmantelfläche des Nabenteils 2.
Die Motorwelle 8 ist formschlüssig mit der hülsenartigen Motorwellenaufnahme 12 verbunden und erstreckt sich entlang der Rotationsachse durch das Laufrad 1. Auf beiden axialen Seiten steht die Motorwelle 8 über die Motorwellenaufnahme 12 hervor und ragt im Bereich des Nabenteils 2 durch dessen axiale Austrittsöffnung 14 hindurch. An dem axial aus der Austrittsöffnung 14 vorstehenden Abschnitt ist ein Lager 16 angeordnet, über das das Laufrad 1 an dem Gebläsegehäuse 51 gelagert wird, wie in 2 gezeigt.
An beiden axialen Außenrandkanten der Laufradschaufeln 7 sind außenseitig versteifende Umfangsringe 17 vorgesehen, die im Querschnitt gesehen mehrere umlaufende Aussparungsnuten umfassen.
Bezugnehmend auf 2 ist eine perspektivische Ansicht des Laufrads 1 aus 1 in einem teilweise aufgeschnittenen Gebläse 50 dargestellt. Das Gebläsegehäuse 51 umfasst eine Einlassöffnung 42, über die sich ein einstückig an dem Gebläsegehäuse ausgebildetes Schutzgitter 52 mit Radial- und Umfangsstreben erstreckt. Im Bereich der Rotationsachse des Laufrads 1 ist an dem Gebläsegehäuse 51 eine Lageraufnahme 33 mit einer Lagerbuchse 44 vorgesehen, in die ein schwingungsentkoppelndes Elastomerelement 77 eingesetzt ist. Das Elastomerelement 77 weist Axialrippen 99 auf, gegen die das Lager 16 gesetzt ist. Das Gebläsegehäuse 51 ist über den Umfangsring 31 und die Radialrippen 32 versteift, so dass die Gehäusewandstärke möglichst gering gehalten werden kann.
Motorseitig ist die Motorwelle über ein zweites Lager 30 gelagert, so dass das Laufrad 1 auf einer einzigen seiner beiden axialen Seiten doppelt gelagert ist.
In 3 ist das in 2 teilweise dargestellte Gebläse 50 in einer Seitenansicht gezeigt. Das Gebläse 50 ist als Radialgebläse ausgebildet und saugt über die Einlassöffnung 42 durch das Schutzgitter 52 Luft an, die über die Ausblasöffnung 72 ausgeblasen wird. Die Lageraufnahme 33 ist über drei sternförmig im 120°-Winkel zueinander die Einlassöffnung 42 überstreckend verlaufende Stege 59 einteilig an dem Gebläsegehäuseteil 1 gehalten. Die Stege 59 verlaufen in derselben Axialebene wie das Schutzgitter 52 und bilden einen integralen Bestandteil des Schutzgitters 52. In einen der Stege 59 bzw. in den durch seine Randstege gebildeten Kanal ist ein Anschlusskabel 71 für den Gebläsemotor eingelegt und in der gezeigten Ausführung durch einen das Kabel 71 überdeckenden Quersteg gehalten. Die Randstege und der Quersteg bilden Führungs- und Haltemittel für das Kabel 71. Der Vollständigkeit halber ist an dem Kabel 71 zudem der Anschlussstecker 73 dargestellt. Im Bereich der Lageraufnahme 33 ist eine axiale Durchgangsöffnung 74 zur Durchführung des Kabels 71 in Richtung des Gebläsemotors ins Innere des Gebläsegehäuses 51 vorgesehen.

Claims

Laufrad (1) eines Gebläses mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Laufradschaufeln (7) und einem sich um eine Rotationsachse des Laufrads (1) angeordneten Nabenteil (2), das als ein einen Hohlraum umschließenden Hohlkörper einstückig an dem Laufrad (1) ausgebildet ist und eine achszentrale Motorwellenaufnahme (12) zur befestigenden Aufnahme einer Motorwelle (8) aufweist, wobei die Motorwellenaufnahme (12) über sich strahlenförmig von der Motorwellenaufnahme (12) durch den Hohlraum nach radial außen erstreckende Verbindungsstreben (10) an dem Hohlkörper des Nabenteils (2) angebunden ist.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstreben (10) als durchgängige Kühlschaufeln ausgebildet sind.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper des Nabenteils (2) auf seiner Mantelfläche (5) zumindest eine Aussparung (6) aufweist, so dass der Hohlraum strömungsverbunden zu einem Bereich des Laufrads (1) ist, in dem die Laufradschaufeln (7) angeordnet sind.
Laufrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung mehrere zueinander beabstandete Aussparungen (6) in der Mantelfläche (5) des Hohlkörpers des Nabenteils (2) vorgesehen sind, deren Gesamtfläche 20-90%, insbesondere 30-70% der Gesamtmantelfläche des Hohlkörpers des Nabenteils (2) einnehmen.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (2) eine axiale Austrittsöffnung (14) zum Durchtritt der Motorwelle (8) aufweist und sich die Motorwellenaufnahme (12) hülsenartig in axialer Richtung an die Austrittsöffnung (14) anschließt.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Motorwellenaufnahme (12) über eine gesamte axiale Länge des Nabenteils (2) durch den Hohlraum des Nabenteils (2) hindurch erstreckt.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstreben (10) über ihre gesamte axiale Länge an der Motorwellenaufnahme (12) und dem Hohlkörper des Nabenteils (2) anliegen.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen sich um die Rotationsachse des Laufrads (1) erstreckenden Zentralabschnitt (9) aufweist, wobei der Zentralabschnitt (9) einen Aufnahmeraum (39) aufweist, der ausgebildet ist, zumindest Teile eines Gebläsemotors aufzunehmen.
Laufrad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (2) als einstückige, kegelförmige axiale Verlängerung des Zentralabschnitts (9) des Laufrads (1) ausgebildet ist.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zentralabschnitt (9) und das Nabenteil (2) aus einer axial mittigen Teilungsebene (11) des Laufrads (1) ausschließlich in eine axiale Richtung erstrecken und eine axial einseitige Anbindung an die Motorwelle (8) bereitstellen.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer axialen Seite einen sich an radiale Innenkanten der Laufradschaufeln (7) angrenzenden Aufnahmeraum (27) bestimmt, in den sich das Nabenteil (2) hinein erstreckt, wobei die Laufradschaufeln (7) bezüglich ihrer Axiallänge das Nabenteil (2) in axialer Richtung überstrecken.
Laufrad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwellenaufnahme (12) formschlüssig mit der Motorwelle (8) verbunden ist.
Gebläse (50) mit einem Gebläsegehäuse (51) und einem darin angeordneten Gebläsemotor sowie einem Laufrad (1) nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) den Gebläsemotor radial außenseitig umschließt und das Laufrad (1) auf einer einzigen axialen Seite doppelt gelagert ist.
Gebläse nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) über eine/die Motorwelle (8) an dem Gebläsegehäuse (51) und an dem Gebläsemotor gelagert ist.