DE102017130767A1

DE102017130767A1 - Strömungsoptimierter axialer Lüfter

Info

Publication number: DE102017130767A1
Application number: DE102017130767.2A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Glatz; Roland Riebel
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Axialer Lüfter, der einen dynamischen Druck entlang einer axialen Strömungsrichtung in einen statischen Druck umwandelt, welcher ein Laufrad, mit Schaufeln, die um eine Nabe verteilt sind, und ein Nachleitrad mit Nachleitschaufeln umfasst, welche um einen Schaft verteilt sind, wobei ein Querschnitt des Schafts im Bereich des Nachleitrades sich entlang einer axialen Strömungsrichtung verjüngt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen axialen Lüfter.
Hintergrund
Axiale Lüfter sind Axialventilatoren, die einen dynamischen Druck in einen statischen Druck umwandeln können. Sie saugen Luft in axialer Richtung, auf einer Ansaugseite, an und stoßen die Luft auf der gegenüberliegenden Seite in axialer Richtung aus. Sie können gegenüber Radialventilatoren bei gleichen Abmessungen einen erhöhten Volumenstrom erzeugen. Axialventilatoren werden z.B. für die Kühlung von Leuchtelementen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Andere Anwendungen sind beispielsweise die Kühlung von Elektronikbaugruppen oder ein Be- und/oder Entlüften von Gebäuden, Schaltschränken und/oder Gehäusen.
In einem axialen Lüfter erzeugen die rotierenden Schaufeln neben einem Luftstrom in eine im Wesentlichen axialen Richtung auch eine rotierende bzw. drallförmige Bewegung der durchströmenden Luft. Dadurch kann das einströmende Gas angesaugt und im Bereich des Laufrades sowie hinter dem Laufrad verdichtet werden. Ein nachgeschaltetes Nachleitrad kann den Drall in dem durchströmenden Gas in einen statischen Druck umwandeln. Zusätzlich können Außendiffusoren zur Steigerung des statischen Druckes eingesetzt werden.
Die Verwendung eines Nachleitrades und eines Außendiffusors kann dazu führen, dass die Abmessungen des axialen Lüfters größer werden. Die Abmessungen des axialen Lüfters können jedoch in vielen Anwendungen, z.B. bei Einsatz in einem räumlich begrenzten Motorraum eines Automobils, Beschränkungen unterliegen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen optimierten axialen Lüfter mit geringen Abmessungen und einem verbesserten Produkt aus Volumenstrom und Drucksteigerung bereitzustellen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen axialen Lüfter nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausführungsformen der Erfindung. Die unterschiedlichen Merkmale dieser Ausführungsformen sind kombinierbar und können zusammenwirken, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen axialen Lüfter, welcher ein Laufrad, mit Schaufeln, die um eine Nabe verteilt sind, und ein Nachleitrad, mit Nachleitschaufeln, welche um einen Schaft verteilt sind, umfasst. Der Querschnitt des Schafts verjüngt sich im Bereich des Nachleitrades entlang einer axialen Strömungsrichtung.
Das Nachleitrad ist dem Laufrad in der axialen Strömungsrichtung des axialen Lüfters nachgeschaltet. Das Nachleitrad kann koaxial bezüglich des Laufrades angeordnet sein. Während das Nachleitrad feststehend ist, ist die Nabe des Laufrades drehbar relativ zu dem Schaft des Nachleitrades, und das Laufrad kann durch die Drehung ein Gas, z.B. Luft, in den Bereich des axialen Lüfters einsaugen und in Drallbewegung versetzen. Das Nachleitrad kann den Drall reduzieren und in eine axiale Strömung umwandeln, um so eine Erhöhung des statischen Druckes entlang der axialen Strömungsrichtung des Gases zu bewirken. Die axiale Ausdehnung des Nachleitrades kann geringer als die axiale Ausdehnung des Laufrades sein, um einen vorteilhaften Kompromiss zwischen der axialen Ausdehnung des axialen Lüfters insgesamt und der Drucksteigerung zu erhalten.
Durch die Verjüngung des Schafts des Nachleitrades in axialer Strömungsrichtung kann effektiv ein Innendiffusor im Bereich des Nachleitrades implementiert werden, ohne die Abmessungen des axialen Lüfters in axialer Richtung zu vergrößern. Der sich verjüngende Querschnitt des Schafts kann ohne Veränderung der Abmessungen des axialen Lüfters den erzeugten statischen Druck erhöhen.
In einigen Ausführungsformen ist eine Neigung der Außenfläche des Schafts zur axialen Strömungsrichtung im Bereich des Nachleitrades kleiner als 10° und größer als 1°.
Durch einen Neigungswinkel von kleiner oder gleich 10° kann ein Strömungsabriss und damit eine Wahrscheinlichkeit von Verwirbelungen an dem Innendiffusor im Bereich des Nachleitrades verringert werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst der axiale Lüfter, und insbesondere das Nachleitrad, einen Außendiffusor.
Zur Bildung des Außendiffusors kann der axiale Lüfter ein Gehäuse umfassen, das einen Strömungskanal eingrenzt, und das Laufrad und das Nachleitrad können in dem Strömungskanal angeordnet sein. Die Schaufeln des Nachleitrades können mit dem Gehäuse an ihren radial äußeren Umfangsflächen verbunden sein. Der Außendiffusor kann durch eine Veränderung des Querschnitts des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades realisiert werden, insbesondere indem der Querschnitt des Strömungskanals in axialer Strömungsrichtung vergrößert wird. Durch den Außendiffusor, der dem Nachleitrad zugeordnet ist, kann das Nachleitrad eine größere Druckerhöhung erzeugen, ohne die Abmessungen des axialen Lüfters in axialer Richtung zu vergrößern. Insbesondere kann der Außendiffusor im Wesentlichen auf den Bereich des Nachleitrades beschränkt sein.
In einigen Ausführungsformen ist eine maximale Neigung der Innenwände des Strömungskanals zur Bildung des Außendiffusors zur axialen Strömungsrichtung zwischen 1° und 10°.
Die Neigung der Innenwände des Strömungskanals zur Bildung des Außendiffusors relativ zur axialen Strömungsrichtung entspricht dem Winkel, welcher zwischen einer Tangente der Seitenwand des Gehäuses am Ende des Außendiffusors und der axialen Strömungsrichtung des axialen Lüfters gebildet wird. Die Neigung kann auch anhand des Winkels zwischen der axialen Strömungsrichtung und einer Verbindungslinie von zwei Punkten definiert werden, wobei der erste Punkt stromaufwärts am Beginn des Außendiffusors und der zweite Punkt stromabwärts am Ende des Nachleitrades liegt. Es hat sich gezeigt, dass eine maximale Neigung der Innenwände des Strömungskanals zur Bildung des Außendiffusors relativ zur axialen Strömungsrichtung von weniger als 10° einem Strömungsabriss an dem Außendiffusor entgegenwirken und damit die Strömungseigenschaften des axialen Lüfters verbessern kann.
In einigen Ausführungsformen sind das Laufrad und das Nachleitrad in einem Strömungskanal, welcher von einem Gehäuses des axialen Lüfters gebildet wird, angeordnet, wobei ein Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades von einem kreisförmigen Querschnitt in einen unrunden Querschnitt übergeht.
Vorzugsweise ist das Gehäuse als ein unrundes Gehäuse ausgebildet. Unrunde Gehäuse können besser montiert und gelagert werden. Die Drehung des Laufrades bedingt in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Laufrades. Durch den Übergang von einem runden zu einem unrunden Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades kann ein Außendiffusor implementiert werden, der den zur Verfügung stehenden Platz in einem unrunden Gehäuse ausnutzt.
Zur Erhöhung des Volumenstromes des axialen Lüfters kann grundsätzlich ein möglichst großer Durchmesser des Strömungskanals vorgesehen werden. Insbesondere kann der Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Laufrades so gewählt sein, dass der Durchmesser des Strömungskanals mit einer lateralen Gehäuseabmessung, wie der Breite oder der Länge des Gehäuses, bis auf eine vorgegebene Seitenwandstärke übereinstimmen kann.
Wenn der Strömungskanal im Bereich des Laufrades die maximalen Abmessungen des Gehäuses ausschöpft, kann die Ausbildung eines Außendiffusors, welcher ein Erhöhen des Querschnitts des Strömungskanals bedingt, Beschränkungen unterliegen, insbesondere bei durch die Anwendung vorgegebenen maximalen äußeren Abmessungen des Gehäuses des axialen Lüfters.
Ein Außendiffusor kann ohne oder mit geringer Veränderung der lateralen und axialen Abmessungen des axialen Lüfters erhalten werden, indem ein Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades von einem kreisförmigen Querschnitt in einen unrunden Querschnitt übergeht. Dadurch kann ein unrunder Außendiffusor erhalten werden, welcher den zusätzlich, d.h. den über den kreisförmigen Raum des Strömungskanals im Bereich des Leitrades hinaus zur Verfügung stehenden Raum, innerhalb des Gehäuses ausnutzt und so die Druckerhöhung in dem axialen Lüfter bewirken kann.
In einigen Ausführungsformen weist das Gehäuse, entlang der axialen Strömungsrichtung betrachtet, eine zumindest im Wesentlichen quadratische Außenkontur auf und der Strömungskanal des Nachleitrades verläuft in der Nähe der Seitenflächen des Quadrats im Wesentlichen parallel zur axialen Strömungsrichtung und ist im Bereich der Ecken der quadratischen Außenkontur relativ zur axialen Strömungsrichtung geneigt, beispielsweise um einen Winkel zwischen 1° und 10° relativ zur axialen Strömungsrichtung, um dem Strömungskanal in diesem Bereich zu vergrößern.
Unter einer zumindest im Wesentlichen quadratischen Außenkontur kann eine Außenkontur des Gehäuses verstanden werden, die vier Seitenflächen umfasst, wobei benachbarte Seitenflächen jeweils senkrecht oder ungefähr senkrecht zueinander stehen und wobei die Seitenflächen gleich oder ungefähr gleich lang sind. Dabei umfasst eine zumindest im Wesentlichen quadratische Außenkontur auch Konturen, die ausgehend von einer quadratischen Kontur durch eine Ähnlichkeitsabbildung wie einer Verzerrung der Kontur oder durch Abrunden oder Abtrennen der Ecken erhalten werden, und kann ferner entlang der Seitenflächen Einkerbungen umfassen, ohne von einer zumindest im Wesentlichen quadratischen Außenkontur grundsätzlich abzuweichen.
Im Bereich der Ecken der zumindest im Wesentlichen quadratischen Außenkontur kann der Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades ohne Vergrößerung der lateralen Abmessungen vergrößert werden, indem die Seitenwände des Strömungskanals relativ zur axialen Strömungsrichtung geneigt sind. Dadurch kann im Bereich des Nachleitrads ein Außendiffusor vorgesehen werden, der den Durchmesser des Strömungskanals in axialer Strömungsrichtung vergrößert.
In einigen Ausführungsformen weist das Gehäuse, entlang der axialen Strömungsrichtung betrachtet, eine zumindest im Wesentlichen quadratische Außenkontur auf, und die Neigung der Seitenwände des Strömungskanals zur axialen Strömungsrichtung im Bereich der Längsseiten der quadratischen Außenkontur ist kleiner als 10, insbesondere Null.
In diesem Bereich kann die Stärke der Gehäusewand minimal sein, sodass der Strömungskanal den innerhalb des Gehäuses zur Verfügung stehenden Raum maximal ausnutzt.
In einigen Ausführungsformen weist die Nabe entlang der axialen Strömungsrichtung einen zunehmenden Querschnitt auf.
Ein Variation des Querschnitts der Nabe entlang der axialen Strömungsrichtung kann einen vorteilhaften Kompromiss zwischen einem hohen Eintrittsquerschnitt zum Erhalten eines erhöhten Volumenstroms und dem zur Verfügung stehenden Raum für den Einbau eines leistungsstärkeren oder günstigeren Elektromotors zum Antreiben des Laufrades erlauben.
In einigen Ausführungsformen weist die Vorderseite der Nabe entlang der axialen Strömungsrichtung betrachtet eine konvexe Krümmung auf.
Eine konvex gekrümmte Oberfläche kann ein stetiges Erhöhen des Querschnitts der Nabe in axialer Strömungsrichtung bei verringerter Wahrscheinlichkeit eines Strömungsabrisses im Bereich der Nabe erlauben. In einigen Ausführungsformen ist die Krümmung der Nabe bezüglich der axialen Strömungsrichtung kleiner als der halbe Durchmesser der Nabe.
In einigen Ausführungsformen überlappen sich zwei benachbarte Schaufeln des Laufrades entlang der axialen Strömungsrichtung betrachtet.
Durch die Überlappung der Schaufeln kann der axiale Lüfter eine größere Druckerhöhung erzeugen.
In einigen Ausführungsformen überlappen sich benachbarte Schaufeln in axialer Strömungsrichtung betrachtet. Die in axialer Strömungsrichtung projizierten Flächen der benachbarten Schaufeln überlappen sich vorzugsweise um einen Flächenanteil, welcher zwischen 1% und 10% der projizierten Gesamtfläche der Schaufeln beträgt.
In einigen Ausführungsformen ist die Anzahl der Nachleitschaufeln größer als die Anzahl der Schaufeln des Laufrades.
Es hat sich gezeigt, dass eine höhere Anzahl an Nachleitschaufeln die Druckerhöhung durch den axialen Lüfter begünstigen kann.
In einigen Ausführungsformen sind das Laufrad und das Nachleitrad durch Spritzgießen aus Kunststoff gefertigt. Dadurch kann ein besonders günstig herzustellendes Bauteil erhalten werden.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Beispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei:

1 einen seitlichem Schnitt durch einen axialen Lüfter außerhalb der Gehäusemitte gemäß einem Beispiel zeigt;
2 eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften axialen Lüfters zeigt;
3 eine schematische Ansicht der Strömungsaustrittsseite eines axialen Lüfters gemäß einem Beispiel zeigt;
4 eine schematische Ansicht der Strömungseintrittsseite eines axialen Lüfters gemäß einem Beispiel zeigt; und
5 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte eines beispielhaften axialen Lüfters veranschaulicht.

Ein beispielhafter axialer Lüfter 10 ist in 1 gezeigt. Der axiale Lüfter 10 umfasst ein Laufrad 12 mit Schaufeln 14, die radial um eine Nabe 22 des Laufrades 12 verteilt sind. Der axiale Lüfter 10 umfasst ferner ein feststehendes Nachleitrad 16, welches Nachleitschaufeln 18 aufweist, die auf einem Schaft 24 angeordnet sind. Der Lüfter 10 ist in einem Gehäuse 20 untergebracht. Der axiale Lüfter 10 kann Luft ansaugen und entlang der axialen Strömungsrichtung L fördern. Die Rotation des Laufrades 12 des axialen Lüfters 10 kann die einströmende Luft entlang der axialen Strömungsrichtung L in eine Drallbewegung versetzen, sodass die Strömungsrichtung der Luft eine radiale Umlaufkomponente, d.h. eine Geschwindigkeitskomponente der Strömung in radialer Richtung, erhält.
Die Luft kann das Laufrad 12 anschließend in der ersten Strömungsrichtung c₁ verlassen und in den Bereich des Nachleitrades 16 eintreten, welches durch entsprechend gekrümmte Nachleitschaufeln 18 die erste Strömungsrichtung c₁ hin zu einer zweiten Strömungsrichtung c₂ abwandeln kann, sodass eine möglichst axiale Strömung nach Verlassen des Nachleitrades 16 erreicht werden kann.
Das rotierende Laufrad 12 und das feststehende Nachleitrad 16 können daher zusammenwirken, um einen dynamischen Druck der in den axialen Lüfter 10 eingesaugten Strömung entlang der axialen Strömungsrichtung L in einen statischen Druck umzuwandeln, wobei ein statischer Druck durch das Nachleitrad 16 erhöht werden kann.
Vorzugsweise ist die Skelettlinie der Nachleitschaufeln 18 an der Vorderkante 18i der Nachleitschaufeln 18 parallel zu der ersten Strömungsrichtung c₁ , um Strömungsverluste in dem axialen Lüfter 10 zu minimieren. Die Strömung mit der Strömungsrichtung c1 kann dann entlang des gekrümmten Profils der Nachleitschaufeln 18 umgelenkt werden, sodass die zweite Strömungsrichtung c₂ nach dem Nachleitrad 16 eine geringe radiale Umlaufskomponente, d.h. eine niedrige Geschwindigkeitskomponente der Strömung in radialer Richtung, aufweist. Dadurch kann die Luft einen geringen Drall nach Verlassen des Nachleitrades 16 haben, und die Drallbewegung zur Erzeugung eines erhöhten statischen Druckes nach dem Nachleitrad 16 genutzt werden. Das Nachleitrad 16 kann somit die Druckerhöhung durch den axialen Lüfter 10 verbessern.
Die absoluten Abmessungen des Gehäuses 20 des axialen Lüfters 10 in der axialen Strömungsrichtung L können begrenzt und/oder insbesondere durch eine Einbausituation vorgegeben sein, sodass es vorteilhaft sein kann, die axiale Ausdehnung des Nachleitrades 16 klein zu halten. Andererseits sollte die maximale Krümmung der Nachleitschaufeln 18 begrenzt werden, um einen Strömungsabriss zu vermeiden. Dies kann bei geringer axialer Abmessung des Nachleitrades 16 verglichen mit der axialen Abmessung des Laufrades 12 zu einer endlichen radialen Komponente der zweiten Strömungsrichtung c₂ führen, wie in 1 gezeigt.
Die endliche radiale Komponente der zweiten Strömungsrichtung c₂ kann die Druckerhöhung durch den axialen Lüfter 10 verringern. Gleichzeitig kann eine größere Ausdehnung des Laufrades 12 in axialer Strömungsrichtung L eine Druckerhöhung begünstigen. Ein günstiger Kompromiss optimiert ein Verhältnis der axialen Ausdehnung des Laufrades 12 zur axialen Ausdehnung des Nachleitrades 16 in einem Bereich zwischen 3 und 1, und dabei vorzugsweise größer als 1.
2 veranschaulicht mehrere zusammenwirkende Modifikationen des axialen Lüfters 10, um eine vorgegebene Drucksteigerung in dem axialen Lüfter 10 zu erhalten, ohne die räumliche Ausdehnung des axialen Lüfters 10 zu erhöhen.
Wie in dem beispielhaften Lüfter aus 2 zu erkennen, kann sich der Querschnitt der Nabe 22 in der axialen Strömungsrichtung L vergrößern, sodass der offene Querschnitt des axialen Lüfters 10 zum Aufnehmen eines Luftstroms an der Strömungseintrittsseite SE des axialen Lüfters 10 größer ist als an der stromabwärtigen Seite des Laufrades 12.
Weiterhin kann das der axiale Lüfter 10 im Bereich des Nachleitrades 16 Diffusoren 250, 25i zur Erhöhung des statischen Druckes umfassen. In 2 weist der Schaft 24, um den die Nachleitschaufeln 18 verteilt sind, einen Querschnitt auf, welcher sich in der axialen Strömungsrichtung L verjüngt. Dadurch kann in dem Bereich des Nachleitrades 16, ohne Veränderung der axialen Ausdehnung des Nachleitrades 16, ein Innendiffusor 25i implementiert werden. Der Innendiffusor 25i kann das Volumen des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades 16 vergrößern, sodass ein statischer Druck entlang des Nachleitrades 16 erhöht werden kann. Die Seitenwand des Innendiffusors 25i kann einen inneren Neigungswinkel α_i von weniger als 10° und mehr als 1° aufweisen, sodass die Wahrscheinlichkeit eines Strömungsabrisses an dem Innendiffusor 25i gering gehalten wird.
Weiterhin kann, wie in 2 gezeigt, eine Querschnittskontur der Innenwand des Gehäuses 20 in der axialen Strömungsrichtung L größer werden, um einen Außendiffusor 250 im Bereich des Nachleitrades 16 zu implementieren. Der Außendiffusor 250 kann zu einer Aufweitung des Strömungskanals führen und eine Druckerhöhung durch den axialen Lüfter 10 verbessern. Der äußere Neigungswinkel α_a der Seitenwand des Gehäuses 20 kann, wie der innere Neigungswinkel α_i des Innendiffusors 25i, kleiner als 10° und größer als 1° sein, um einem Strömungsabriss an dem Außendiffusor 250 entgegenzuwirken.
Um eine Montage des axialen Lüfters 10 zu erleichtern, kann der axiale Lüfter 10 ein unrundes Gehäuse 20, z.B. ein quadratisches Gehäuse 20, aufweisen. Eine schematische Ansicht der Strömungsaustrittsseite SA eines axialen Lüfters 10 mit einem quadratischen Gehäuse 20 ist in 3 gezeigt. Zur Erhöhung des Volumens des Strömungskanals im Bereich des Laufrades 12 ist in 3 der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts 26 des Strömungskanals so gewählt, dass die Stärke D der Gehäusewand in der Nähe der Seitenwände der Gehäusekontur, und insbesondere am Schnittpunkt mit der Mittelsenkrechten m der Gehäusekontur minimiert wird. Der minimale Wert der Gehäusewandstärke D kann so gewählt sein, dass das Gehäuse 20 noch eine vorgegebene Formstabilität aufrechterhält.
Zum Implementieren eines Außendiffusors 250 kann der Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades 16 von einem kreisförmigen Querschnitt 26 zu einem unrunden Querschnitt 28 übergehen, und auf diese Weise den Raum im Bereich der Ecken des Gehäuses 20, und insbesondere im Bereich der Diagonalen d der Gehäusekontur zum Implementieren des Außendiffusors 250 in dem Nachleitrad 16 ausnutzen.
In 3 ist auch eine Ausgestaltung des Innendiffusors 25i veranschaulicht. In dieser Ausgestaltung wird der Innendiffusor 25i dadurch gebildet, dass der Querschnitt des Schafts 24 des Nachleitrades 16 auf der Einströmseite größer ist als auf der Ausströmseite, sodass ein verringerter Querschnitt 30 des Schafts 24 auf der Ausströmseite des Nachleitrades 16 und somit ein vergrößerter Querschnitt des Strömungskanals erhalten wird.
4 veranschaulicht eine Anpassung des Laufrades 12 zur Erhöhung des statischen Druckes anhand einer Ansicht der Strömungseintrittsseite SE eines beispielhaften axialen Lüfters 10. Die Schaufeln 14 des Laufrades 12 sind radial um die Nabe 22 verteilt. Eine erste Schaufel 14a und eine entsprechend der Rotationsrichtung D_rot nachfolgende Schaufel 14b können bezüglich ihrer in der axialen Strömungsrichtung L projizierten Fläche überlappen, wie durch den Überlapp 31 dargestellt. Durch die überlappenden Schaufeln 14a, 14b kann ein durch das Laufrad 12 erzeugter Druck bei gleichbleibender axialer Ausdehnung des Laufrades 12 erhöht werden.
Ein beispielhafter axialer Lüfter 10, mit durch Spritzgießen hergestelltem Laufrad 12 und Nachleitrad 16 ist in 5 gezeigt. Der axiale Lüfter 10 umfasst ein Laufrad 12 mit überlappenden Schaufeln 14 und ein Nachleitrad 16 mit Nachleitschaufeln 18 in einem Gehäuse 20. Das Nachleitrad 16 kann stoffschlüssig mit dem Gehäuse 20 verbunden sein. In 5 sind das Nachleitrad 16 und das Gehäuse 20 einstückig durch Spritzgießen geformt worden.
Die Nabe 22 des Laufrades 12 ist so geformt, dass eine Querschnittsfläche des Strömungskanals an der Strömungseintrittsseite SE maximiert wird. Dies erlaubt es, die Förderwirkung des axialen Lüfters 10 gegenüber einem Lüfter mit einer nicht-modifizierten Nabe 22 zu verbessern. Entlang der axialen Strömungsrichtung L vergrößert sich die Querschnittsfläche der Nabe 22, sodass ein Elektromotor 32 in der Nabe 22 untergebracht werden kann.
Die Nabe 22 ist in 5 mit einer Welle 34 verbunden, die zwischen Kugellagern 36 gelagert sein kann. Die Nabe 22 kann Permanentmagnete eines Rotors aufnehmen, um mit dem Stator des Elektromotors 32 zusammen zu wirken. Der Elektromotor 32 kann das Laufrad 12 antreiben und auf diese Weise Luft entlang der axialen Strömungsrichtung L fördern. Durch das Nachleitrad 16 kann die Drallbewegung von einem dynamischen Druck der eingesaugten Strömung in einen statischen Druck stromabwärts des Nachleitrades 16 umgewandelt werden. Der Elektromotor 32 kann zumindest teilweise in der Nabe 22 und auf dem Schaft 24 des Nachleitrades 16 angebracht werden.
Das Gehäuse 20 des gezeigten axialen Lüfters 10 hat eine ungefähr quadratische Form mit einer Breite und Länge von jeweils 40 mm und einer axialen Tiefe von 20 mm. Der Durchmesser des Strömungskanals entspricht den lateralen Abmessungen des Gehäuses 20 bis auf die minimale Wandstärke D von 1 mm zum Sicherstellen der Formstabilität des Gehäuses 20.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, Beispiele und Zeichnungen soll nur dazu dienen, die Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu veranschaulichen, und soll nicht so verstanden werden, dass sie den Schutzbereich einschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung soll vielmehr ausschließlich anhand der beigefügten Ansprüche ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

10: Axialer Lüfter
12: Laufrad
14: Schaufeln
14a/14b: voraneilende/nacheilende benachbarte Schaufel
16: Nachleitrad
18: Nachleitschaufeln
18i: Vorderkante einer Nachleitschaufel
180: Hinterkante einer Nachleitschaufel
20: Gehäuse
22: Nabe
24: Schaft
25i: Innendiffusor
250: Außendiffusor
26: kreisförmiger Querschnitt
28: unrunder Querschnitt
30: verringerter Querschnitt des Schafts
31: Überlapp benachbarter Schaufeln
32: Elektromotor
34: Welle
36: Kugellager
D: Gehäusewandstärke
m: Mittelsenkrechte des Gehäuses
d: Diagonale des Gehäuses
D_rot: Drehrichtung des Laufrades
L: axiale Strömungsrichtung
R: radiale Richtung
SE: Strömungseintrittsseite
SA: Strömungsaustrittsseite
c₁: erste Strömungsrichtung
c₂: zweite Strömungsrichtung
α_i: innerer Neigungswinkel
α_a: äußerer Neigungswinkel

Claims

Axialer Lüfter (10), welcher umfasst: ein Laufrad (12), mit Schaufeln (14), die um eine Nabe (22) verteilt sind; und ein Nachleitrad (16), mit Nachleitschaufeln (18), welche um einen Schaft (24) verteilt sind; wobei sich ein Querschnitt des Schafts (24) im Bereich des Nachleitrades (18) entlang einer axialen Strömungsrichtung (L) verjüngt.
Axialer Lüfter (10) nach Anspruch 1, wobei eine Neigung (α_i) der Außenfläche des Schafts (24) zur axialen Strömungsrichtung (L) im Bereich des Nachleitrades (16) kleiner als 100 und größer als 1° ist.
Axialer Lüfter (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Außendiffusor (250), dessen Innenwände eine maximale Neigung (aa) zwischen 1° und 10° zur axialen Strömungsrichtung (L) aufweisen.
Axialer Lüfter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20), welches einen Strömungskanal ausbildet, wobei das Laufrad (12) und das Nachleitrad (16) in dem Strömungskanal angeordnet sind und wobei ein Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Nachleitrades (16) von einem kreisförmigen Querschnitt (26) in einen unrunden Querschnitt (28) übergeht.
Axialer Lüfter (10) nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse (20), entlang der axialen Strömungsrichtung (L) betrachtet, eine zumindest im Wesentlichen quadratische Außenkontur aufweist und der Strömungskanal des Nachleitrades (18) im Bereich der Ecken der quadratischen Außenkontur relativ zur axialen Strömungsrichtung (L) geneigt ist, um dem Strömungskanal in diesem Bereich zu vergrößern.
Axialer Lüfter (10) nach Anspruch 5, wobei der Strömungskanal im Bereich der Ecken der zumindest im Wesentlichen quadratischen Außenkontur um einen Winkel (αa) zwischen 1° und 10° relativ zur axialen Strömungsrichtung (L) geneigt ist.
Axialer Lüfter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Gehäuse (20), entlang der axialen Strömungsrichtung (L) betrachtet, eine zumindest im Wesentlichen quadratische Außenkontur aufweist und die Neigung (α_a) der Seitenwände des Strömungskanals zur axialen Strömungsrichtung (L) im Bereich der Längsseiten der quadratischen Außenkontur kleiner als 1° ist, insbesondere Null ist.
Axialer Lüfter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nabe (22) entlang der axialen Strömungsrichtung (L) einen zunehmenden Querschnitt aufweist.
Axialer Lüfter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorderseite der Nabe (22) eine konvexe Krümmung in der axialen Strömungsrichtung (L) aufweist.
Axialer Lüfter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwei benachbarte Schaufeln (14a,14b), entlang der axialen Strömungsrichtung (L) betrachtet, überlappen.
Axialer Lüfter (10) nach Anspruch 10, wobei die benachbarten Schaufeln (14a,14b) einen Überlapp (31) ihrer in axialer Strömungsrichtung (L) projizierten Fläche zwischen 1% und 10% haben.
Axialer Lüfter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Nachleitschaufeln (18) größer ist als die Anzahl der Schaufeln (14) des Laufrades (12).