DE102020205901A1

DE102020205901A1 - Fan device for inducing blade deformation, and method and use

Info

Publication number: DE102020205901A1
Application number: DE102020205901.2A
Authority: DE
Inventors: Ralph Wystup; Markus Humm
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Bei Flügel-Rotoren von Lüftern, beispielsweise bei Ventilatoren, kann es insbesondere aufgrund von Schmutz, Vereisung oder dergleichen Ablagerungen auf der Flügeloberfläche zu Leistungsverlusten kommen. Je nach Temperaturbereich und Feuchte und umgebender Komponenten ist dabei auch das Risiko einer Vereisung oder sogar eines Festfrierens und damit vollständigen Blockierens der Lüfter-Funktion vergleichsweise hoch. Bereitgestellt wird eine Lüftervorrichtung zum Erzeugen einer Lüftungsströmung durch Rotation, mit wenigstens einem Lüfter-Rotor mit einer Mehrzahl von Flügeln, und mit einem Elektromotor zum Antreiben des Lüfter-Rotors, und mit einer an den Elektromotor gekoppelten Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet zum Steuern/Regeln einer in den Lüfter-Rotor geleiteten elektrischen Energie, wobei die Flügel zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, wobei die Formgedächtnislegierung derart mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung mit Energie beaufschlagbar ist, dass die Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit von der Energiebeaufschlagung in wenigstens zwei Temperaturzuständen oberhalb und unterhalb einer Transformationstemperatur der Formgedächtnislegierung einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine derartige Verwendung von Formgedächtnislegierungen.In the case of fan blade rotors, for example fans, performance losses can occur, in particular due to dirt, icing or similar deposits on the blade surface. Depending on the temperature range and humidity and surrounding components, the risk of icing or even freezing and thus complete blocking of the fan function is comparatively high. A fan device is provided for generating a ventilation flow by rotation, with at least one fan rotor with a plurality of blades, and with an electric motor for driving the fan rotor, and with a control / regulating device coupled to the electric motor, set up for controlling / regulating an electrical energy conducted into the fan rotor, the blades at least partially consisting of a shape memory alloy, the shape memory alloy being able to be charged with energy by means of the control / regulating device in such a way that the shape memory alloy is in at least two temperature states above and below depending on the amount of energy applied a transformation temperature of the shape memory alloy is adjustable. The invention also relates to a method and such a use of shape memory alloys.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Lüftungsströmung durch Rotation, insbesondere zur Ventilation, mit wenigstens einem Lüfter-Rotor mit einer Mehrzahl von Flügeln, und mit einem Elektromotor zum Antreiben des Lüfter-Rotors, und mit einer an den Elektromotor gekoppelten Steuerungs-/Regelungseinrichtung zum Steuern/Regeln einer in den Lüfter-Rotor geleiteten elektrischen Energie. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Induzieren (Hervorrufen) einer Flügelverformung bzw. Enteisungsverformung im jeweiligen Flügel. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Induzieren einer Verformung von/in Flügeln eines Lüfter-Rotors durch Temperaturänderung im Material der Flügel, wobei die Verformung mittels elektrischer Energie hervorgerufen wird. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von wenigstens einer Formgedächtnislegierung an oder in Flügeln eines solchen Lüfter-Rotors. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.The present invention relates to a device for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, with at least one fan rotor with a plurality of blades, and with an electric motor for driving the fan rotor, and with a control / Control device for controlling / regulating electrical energy fed into the fan rotor. In particular, the invention relates to a device for inducing a wing deformation or de-icing deformation in the respective wing. The invention also relates to a method for inducing a deformation of / in blades of a fan rotor by changing the temperature in the material of the blades, the deformation being brought about by means of electrical energy. Last but not least, the present invention also relates to the use of at least one shape memory alloy on or in the blades of such a fan rotor. In particular, the invention relates to a device and a method according to the preamble of the respective independent claim.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Flügel-Rotoren von Lüftern bzw. Ventilatoren werden für viele Anwendungen hinsichtlich Effizienz und Aerodynamik ausgelegt, insbesondere für vordefinierte optimierte Betriebszustände. Die Lüfter müssen jedoch bei manchen Anwendungen auch in unterschiedlichen Temperaturbereichen betrieben werden, insbesondere auch in einem Spektrum umfassend Temperaturen sowohl über als auch unter dem Gefrierpunkt. Sollen die Lüfter dabei auch ein vergleichsweise feuchtes Medium umwälzen, so kann ein Gefrieren bzw. eine Vereisung an den Rotoren (Lüfterräder) in vielen Anwendungsfällen nicht vermieden werden (Ventilator-Vereisung). Dann aber wird die Effizienz der Lüfter sehr nachteilig beeinflusst, nicht zuletzt auch aufgrund steigender Trägheitskräfte. Sind die Flügel-Rotoren bzw. die einzelnen Rotorflügel dabei auch in einem Ring oder Gehäuse angeordnet, so muss nicht nur das Problem einer Vereisung gelöst werden, sondern es muss auch vermieden werden können, dass die Rotoren im Gehäuse festfrieren (vollständige Blockade). Letztere Problematik stellt sich insbesondere dann, wenn die Lüfter nur zeitweise auf Abruf betrieben werden.Blade rotors of fans or ventilators are designed for many applications in terms of efficiency and aerodynamics, in particular for predefined, optimized operating states. In some applications, however, the fans must also be operated in different temperature ranges, in particular also in a spectrum comprising temperatures both above and below freezing point. If the fans should also circulate a comparatively moist medium, freezing or icing on the rotors (fan wheels) cannot be avoided in many applications (fan icing). Then, however, the efficiency of the fans is very negatively influenced, not least because of increasing inertia forces. If the vane rotors or the individual rotor vanes are also arranged in a ring or housing, then not only must the problem of icing be solved, but it must also be possible to prevent the rotors from freezing in the housing (complete blockage). The latter problem arises in particular when the fans are only operated temporarily on demand.

Neben dem Risiko einer Vereisung sind die Flügel-Rotoren in manchen Anwendungsfällen auch dem Risiko ausgesetzt, dass Schmutz oder dergleichen Ablagerungen auf der Flügeloberfläche hohe Leistungsverluste begründet. Je nach Temperaturbereich und Feuchte und umgebender Komponenten ist dabei das Risiko eines vollständigen Blockierens der Lüfter-Funktion vergleichsweise hoch.In addition to the risk of icing, the wing rotors are also exposed in some applications to the risk that dirt or similar deposits on the wing surface cause high power losses. Depending on the temperature range and humidity and surrounding components, the risk of a complete blocking of the fan function is comparatively high.

Bisher wurden bereits einige Versuche unternommen, diese Probleme zu bekämpfen, beispielsweise mittels Wandringheizungen, oder mittels wärmeleitfähiger Materialien für die Flügel-Rotoren (Einleitung und Weiterleitung von Wärmeenergie in die Rotoren insbesondere bei blockiertem Lüfter) - wärmeleitfähige Materialien können jedoch auch Nachteile wie z.B. große Masse oder hohe Kosten mit sich bringen. Für die Problematik einer vollständigen Blockade (Festfrieren) existieren wohl mehr oder weniger sinnvolle oder nachhaltige Mechanismen oder Steuerungen zum Anlaufen der Rotoren (insbesondere Lüfterräder) mit wechselnder Drehrichtung, also im Sinne eines Losrüttelns. Inwiefern eine derartige Materialbeanspruchung sinnvoll ist, und ob dadurch auch eine starke Vereisung gelöst werden kann, sei dahingestellt.So far, some attempts have been made to combat these problems, for example by means of wall ring heating, or by means of thermally conductive materials for the wing rotors (introduction and transmission of thermal energy into the rotors, especially when the fan is blocked) - but thermally conductive materials can also have disadvantages such as large mass or entail high costs. For the problem of a complete blockage (freezing), there are more or less sensible or sustainable mechanisms or controls for starting the rotors (especially fan wheels) with changing direction of rotation, i.e. in the sense of shaking them loose. It remains to be seen to what extent such material stress makes sense, and whether it can also resolve severe icing.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht Interesse an einer Optimierung der Maßnahmen zur Vermeidung von Blockaden von Lüfter-Rotoren und von Ablagerungen auf den Flügeln, insbesondere zur effektiven Vermeidung von Vereisung (Wasser-Ablagerungen) bzw. zur effektiven Vermeidung von Festfrieren der Flügel.Based on this prior art, there is interest in optimizing the measures to avoid blockages of fan rotors and deposits on the blades, in particular to effectively avoid icing (water deposits) or to effectively avoid freezing of the blades.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, womit Ablagerungen auf oder Blockierungen von Lüfter-Rotoren bzw. Lüfter-Flügeln auf besonders effektive und betriebssichere Weise vermieden werden können. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine Lüfter-Vorrichtung derart bereitzustellen, dass unterschiedliche Arten von Ablagerungen und/oder Blockierungen, insbesondere Vereisungen, auf besonders zuverlässige und robuste Weise für unterschiedliche Anwendungsfälle vermieden werden können, insbesondere auch bei vorteilhaften Nebeneffekten hinsichtlich Betriebsverhalten und Energieverbrauch.The object is to provide a device and a method with which deposits on or blockages of fan rotors or fan blades can be avoided in a particularly effective and operationally reliable manner. In particular, the object is to provide a fan device in such a way that different types of deposits and / or blockages, in particular icing, can be avoided in a particularly reliable and robust manner for different applications, in particular also with advantageous side effects with regard to operating behavior and energy consumption.

Diese Aufgabe wird durch eine Lüftervorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem jeweiligen nebengeordneten Verfahrensanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.This object is achieved by a fan device according to claim 1 and by a method according to the respective independent method claim. Advantageous further developments of the invention are explained in the respective subclaims. The features of the exemplary embodiments described below can be combined with one another, unless this is explicitly denied.

Bereitgestellt wird eine Lüftervorrichtung eingerichtet zum Erzeugen einer Lüftungsströmung durch Rotation, insbesondere zur Ventilation, mit wenigstens einem Lüfter-Rotor mit einer Mehrzahl von Flügeln, und mit einem Elektromotor zum Antreiben des Lüfter-Rotors, und mit einer an den Elektromotor gekoppelten Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet zum Steuern/Regeln einer in den Lüfter-Rotor geleiteten elektrischen Energie, insbesondere eines in oder durch den jeweiligen Flügel geleiteten elektrischen Stroms. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Flügel zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, wobei die Formgedächtnislegierung derart mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung mit Energie beaufschlagbar ist, insbesondere elektrisch bestrombar ist, dass die Formgedächtnislegierung zur Formgebung der Flügel in Abhängigkeit von der Energiebeaufschlagung in wenigstens zwei Temperaturzuständen oberhalb und unterhalb einer Transformationstemperatur der Formgedächtnislegierung einstellbar ist, insbesondere in wenigstens einem Kontraktions-Temperaturzustand und für eine Verformung in radialer Richtung nach innen (Kontraktion des jeweiligen Flügels). Dies liefert insbesondere auch bei hohem Vereisungs-Risiko, sei es bei häufig im Bereich des Gefrierpunktes wechselnder Temperatur oder sei es bei sehr tiefen Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt, ein robustes System, welches auch in energetischer Hinsicht optimiert werden kann. Insbesondere kann eine vergleichsweise große Verformungs-Kraft der Formgedächtnislegierung (FGL) bedarfsweise bzw. situationsbedingt bereitgestellt werden. Je nach Einsatztemperaturen kann/braucht eine Verformung dabei kontinuierlich oder nur in vordefinierten Zeitfenstern oder temperaturabhängig in der FGL induziert (hervorgerufen) zu werden. Beispielsweise kann die Transformationstemperatur der FGL spezifisch für einen gewünschten Anwendungsfall adaptiert werden; die FGL kann anwendungsspezifisch legiert sein.A fan device is provided for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, with at least one fan rotor with a plurality of blades, and with an electric motor for driving of the fan rotor, and set up with a control / regulating device coupled to the electric motor for controlling / regulating an electrical energy conducted into the fan rotor, in particular an electrical current conducted into or through the respective wing. According to the invention, it is proposed that the wings consist at least partially of a shape memory alloy, the shape memory alloy being able to be charged with energy by means of the control / regulating device, in particular being electrically energized, so that the shape memory alloy for shaping the wing is in at least two temperature states as a function of the application of energy is adjustable above and below a transformation temperature of the shape memory alloy, in particular in at least one contraction temperature state and for a deformation in the radial direction inward (contraction of the respective wing). This provides a robust system, which can also be optimized from an energetic point of view, especially when there is a high risk of freezing, be it with temperatures that frequently change in the area of freezing point or with very low temperatures well below freezing point. In particular, a comparatively large deformation force of the shape memory alloy (SMA) can be provided as required or depending on the situation. Depending on the application temperatures, a deformation can / needs to be induced (caused) in the SMA continuously or only in predefined time windows or as a function of temperature. For example, the transformation temperature of the SMA can be specifically adapted for a desired application; the SMA can be alloyed according to the application.

Die Erfindung liefert hinsichtlich der Einstellung der Formgedächtnislegierung bzw. hinsichtlich der Einsatzbedingungen einen großen Freiheitsgrad und beruht dabei auch auf dem Konzept, einen Verformungsmechanismus mittels des Elektromotors bzw. mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung derart bereitzustellen, dass der Verformungsmechanismus im Zusammenhang mit dem Betrieb des Elektromotors bereitgestellt werden kann und abgerufen werden kann. Insbesondere kann der Verformungsmechanismus in der FGL gezielt durch den Elektromotor ausgelöst werden. The invention provides a large degree of freedom with regard to the setting of the shape memory alloy or with regard to the conditions of use and is also based on the concept of providing a deformation mechanism by means of the electric motor or by means of the control / regulating device in such a way that the deformation mechanism in connection with the operation of the electric motor can be provided and accessed. In particular, the deformation mechanism in the SMA can be triggered in a targeted manner by the electric motor.

Dabei kann die Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur insbesondere in Abhängigkeit von der Anordnung der FGL im jeweiligen Flügel wahlweise eine örtliche Kontraktion oder Expansion des Flügels bewirken. Anders ausgedrückt: Auch bei einer FGL, welche sich bei Temperaturerhöhung aufweitet bzw. ausweitet (Expansion), kann je nach örtlicher Integration und/oder je nach geometrischer Ausgestaltung der FGL eine Kontraktion oder Verformung der Flügel nach radial innen hervorgerufen werden. Beispielsweise kann dadurch auch ein Luftspalt zwischen Flügelspitzen und einem den Lüfter-Rotor umgebenden Ring vergrößert werden. Wahlweise kann das System auch derart eingerichtet sein, dass sich der Flügel erst dann verformt (insbesondere auf eine maximale Ausdehnung begrenzt ausdehnt), wenn es durch die Rotation warm genug wird.In this case, the temperature above the transformation temperature, in particular depending on the arrangement of the SMA in the respective wing, can optionally cause a local contraction or expansion of the wing. In other words: Even with a SMA that expands or expands (expansion) when the temperature rises, a contraction or deformation of the blades radially inward can be caused depending on the local integration and / or depending on the geometric configuration of the SMA. For example, an air gap between the wing tips and a ring surrounding the fan rotor can thereby also be enlarged. Optionally, the system can also be set up in such a way that the wing only deforms (in particular, expands to a limited extent to a maximum extent) when it becomes warm enough as a result of the rotation.

Es hat sich gezeigt, dass eine Vereisung der Flügeloberflächen auf effektive und betriebssichere Weise in unterschiedlichen Betriebszuständen aufgebrochen werden kann, indem durch elektrisches Bestromen der Formgedächtnislegierung (FGL) mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung eine Verformung des Flügels erfolgt oder einstellbar ist, insbesondere eine Verformung in radialer Richtung nach innen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass mittels FGL eine ausreichend große Verformung der Oberfläche des jeweiligen Flügels realisierbar ist, beispielsweise auch speziell in der Flügelspitze. Die Flügelspitze kann dabei insbesondere dann vornehmlich von Interesse sein, wenn der Lüfter-Rotor bzw. der jeweilige Flügel dazu neigt, an umgebenden Komponenten wie z.B. einem Rotorgehäuse festzufrieren. Die Erfindung ermöglicht demnach auch, auf eine Wandringheizung oder dergleichen umlaufende Energiequelle zu verzichten. Ein Energieeintrag von radial außen nach radial innen hin zum Lüfter-Rotor ist demnach nicht mehr erforderlich.It has been shown that icing of the wing surfaces can be broken up in an effective and operationally safe manner in different operating states by deformation of the wing occurring or adjustable, in particular deformation in radial inward direction. In particular, it has been shown that SMA can be used to achieve a sufficiently large deformation of the surface of the respective wing, for example also specifically in the wing tip. The wing tip can be of particular interest if the fan rotor or the respective wing tends to freeze to surrounding components such as a rotor housing. The invention therefore also makes it possible to dispense with a wall ring heater or a similar circulating energy source. An energy input from the radial outside to the radial inside towards the fan rotor is therefore no longer necessary.

Dabei beruht die Erfindung auch auf dem Konzept, eine Vereisung dadurch möglichst effizient zu verhindern, dass die Form der umwälzenden Rotoren (insbesondere Lüfterflügel) während des Betriebs verändert wird, insbesondere zumindest der Enden der Rotoren (Flügelspitzen).The invention is also based on the concept of preventing icing as efficiently as possible by changing the shape of the rotating rotors (in particular fan blades) during operation, in particular at least the ends of the rotors (blade tips).

Dabei nimmt der Lüfter-Rotor im energiefreien, also nicht mit Energie beaufschlagten Zustand, bevorzugt eine für die Lüfter-Funktion optimale Grundform ein. Dies liefert nicht zuletzt auch energetische Vorteile. Die FGL muss nur dann mit Energie beaufschlagt werden, wenn tatsächlich eine Vereisung oder dergleichen Blockade droht bzw. schon eingetreten ist.In this case, the fan rotor in the energy-free state, that is to say not charged with energy, preferably assumes a basic shape that is optimal for the fan function. Last but not least, this also provides energetic advantages. The SMA only needs to be charged with energy if there is actually a risk of icing or a similar blockage or has already occurred.

Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auch die folgenden Vorteile sicherstellen: Robustheit, Kosteneffizienz, gezieltes Einschalten oder Einstellen der erfindungsgemäßen Effekte je nach gewünschter Situation oder zu gewünschten Zeitpunkten, sowie weitgehend passive Ausgestaltung (vergleichsweise wartungsarm und wenig störanfällig).In particular, the present invention can also ensure the following advantages: robustness, cost efficiency, targeted activation or adjustment of the effects according to the invention depending on the desired situation or at desired times, as well as largely passive design (comparatively low-maintenance and less prone to failure).

Im Gegensatz zu bisher erprobten Technologien ermöglicht die Erfindung auch eine örtlich sehr gezielte Energiebeaufschlagung und geometrische Verformung, und kann dadurch auch sehr große zeitliche Vorteile beim Einstellen und Regeln von Lüfter-Vorrichtungen liefern. Nicht zuletzt auch diese zeitlichen Vorteile ermöglichen auch eine energetische Optimierung (insbesondere kein dauerhaftes Heizen irgendwelcher Lüfter-Komponenten).In contrast to previously tried and tested technologies, the invention also enables a locally very targeted application of energy and geometrical deformation, and can thereby also provide very great advantages in terms of time when setting and regulating fan devices. Last but not least, this too Time advantages also enable energetic optimization (in particular no permanent heating of any fan components).

Als Transformationstemperatur ist dabei eine Temperatur zu verstehen, bei welcher die FGL von einem ersten geometrischen Zustand in einen zweiten geometrischen Zustand übergeht, bzw. vice versa. Die Transformationstemperatur kann dabei einem sehr exakt vordefinierten Temperaturwert entsprechen (also keinem breiten Temperaturbereich, sondern einem exakt vorgebaren Temperatur-Einzelwert). Dies erleichtert nicht zuletzt die Regelung.The transformation temperature is to be understood as a temperature at which the SMA changes from a first geometrical state to a second geometrical state, or vice versa. The transformation temperature can correspond to a very precisely predefined temperature value (i.e. not a broad temperature range, but an exactly predefined individual temperature value). Last but not least, this facilitates the regulation.

Ganz allgemein kann die in den Lüfter-Rotor eingebrachte elektrische Energie auch eine Wärmeenergie sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein elektrisches Bestromen (Beaufschlagung mit Strom) hinsichtlich Zeit und Ort der Energiebeaufschlagung große Vorteile liefern kann. Als elektrisches Bestromen ist dabei auch das Erzeugen eines elektrischen Spannungsfeldes zu verstehen.In general, the electrical energy introduced into the fan rotor can also be thermal energy. However, it has been shown that an electrical energization (application of current) can provide great advantages with regard to the time and place of the application of energy. The generation of an electrical voltage field is also to be understood as electrical energization.

Als Induzieren im weiteren Sinne ist dabei auch allgemein ein Hervorrufen eines Effektes oder dergleichen zu verstehen. Als ein Induzieren im engeren Sinne ist dabei eine Induktion in elektrischer Hinsicht, insbesondere elektromagnetischer Hinsicht zu verstehen. Sofern in der vorliegenden Beschreibung nicht explizit auf ein Induzieren im engeren Sinne Bezug genommen wird, ist von der allgemeineren Bedeutung im weiteren Sinne auszugehen.In this context, induction in the broader sense is also generally to be understood as causing an effect or the like. An induction in the narrower sense is to be understood as an induction from an electrical point of view, in particular from an electromagnetic point of view. Unless reference is explicitly made in the present description to inducing in the narrower sense, the more general meaning in the broader sense is to be assumed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Formgedächtnislegierung derart ausgestaltet, dass der Temperaturzustand unterhalb der Transformationstemperatur ein energiefreier Zustand ist, insbesondere entsprechend einer Grundgeometrie des Lüfter-Rotors, insbesondere eine hinsichtlich Luftförderung optimierte Grundgeometrie, und dass der Temperaturzustand oberhalb der Transformationstemperatur ein energiebeaufschlagter Zustand ist, insbesondere entsprechend einer verformten Geometrie des Lüfter-Rotors, insbesondere entsprechend einer zumindest auch radial nach innen kontrahierten Geometrie. Je nach Anwendungsfall und Einsatzgebiet kann der verformte Zustand der Dauerzustand oder aber der nur zeitweise bei Bedarf in kurzen Zeitfenstern eingestellte Zustand sein; die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise eine entsprechende anwendungsspezifische Auslegung der Lüftervorrichtung.According to one exemplary embodiment, the shape memory alloy is designed in such a way that the temperature state below the transformation temperature is an energy-free state, in particular corresponding to a basic geometry of the fan rotor, in particular a basic geometry optimized with regard to air delivery, and that the temperature state above the transformation temperature is an energized state, in particular correspondingly a deformed geometry of the fan rotor, in particular corresponding to a geometry that is at least also contracted radially inward. Depending on the application and area of application, the deformed state can be the permanent state or the state only temporarily set in short time windows when required; the invention enables a corresponding application-specific design of the fan device in a simple manner.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, ein sich über die Formgedächtnislegierung ausbildendes Drehfeld, insbesondere ein schnelles Drehfeld zu erzeugen oder zumindest zu regeln, insbesondere unabhängig von einem Betriebszustand des Elektromotors auch bei Stillstand eines/des Rotors des Elektromotors. Dies begünstigt nicht zuletzt auch eine hohe Variabilität des Konzeptes der vorliegenden Erfindung.According to one embodiment, the control / regulating device is set up to generate or at least regulate a rotating field, in particular a fast rotating field, which forms via the shape memory alloy, in particular regardless of an operating state of the electric motor even when a rotor of the electric motor is at a standstill. Last but not least, this also favors a high degree of variability in the concept of the present invention.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, die Energiebeaufschlagung, insbesondere Bestromung des Lüfter-Rotors in Abhängigkeit von wenigstens zwei Maßnahmen aus der folgenden Gruppe einzustellen: Erzeugung eines Drehfeldes, insbesondere schnellen Drehfeldes; Erzeugung eines Stromflusses durch die Formgedächtnislegierung mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere mittels wenigstens einer mittels eines/des Rotors des Elektromotors und des jeweiligen Flügels realisierten Induktionsschleife; Induzierung einer Temperaturänderung über einen Temperaturschwellwert für eine Formgedächtnis-Verformung durch elektrische Energiebeaufschlagung, insbesondere örtlich selektiv in einem Teilbereich des jeweiligen Flügels. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch ein gezieltes örtliches Bekämpfen von Ablagerungen oder Vereisungen, insbesondere mittels nur vergleichsweise wenig Materialeinsatz der Formgedächtnislegierung, insbesondere im Bereich von Flügelspitzen.According to one exemplary embodiment, the control / regulating device is set up to set the application of energy, in particular the energization of the fan rotor, as a function of at least two measures from the following group: generation of a rotating field, in particular a fast rotating field; Generating a current flow through the shape memory alloy by means of electromagnetic induction, in particular by means of at least one induction loop implemented by means of a rotor of the electric motor and the respective wing; Induction of a temperature change via a temperature threshold value for a shape memory deformation through the application of electrical energy, in particular locally selectively in a partial area of the respective wing. Last but not least, this also enables a targeted local combating of deposits or icing, in particular by using only a comparatively small amount of material for the shape memory alloy, in particular in the area of the wing tips.

Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines Funktionsprinzips der elektromagnetischen Induktion zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teil einer Induktionschleife des Rotors und somit des Flügels, im Luftspalt so angeordnet ist, dass das magnetische Drehfeld des Stators in der induktionsschleife eine elektrische Spannung indizieren kann. Diese Induzierte elektrische Spannung ruft einen Stromfluss in der Induktionsschleife hervor, welcher diese erwärmt und die Flügelspitze krümmt.A particularly preferred example of a functional principle of electromagnetic induction is characterized in that part of an induction loop of the rotor and thus of the wing is arranged in the air gap in such a way that the magnetic rotating field of the stator in the induction loop can indicate an electrical voltage. This induced electrical voltage causes a current to flow in the induction loop, which heats it up and curves the wing tip.

Eine elektrische Spannungsinduktion kann jedoch nur stattfinden, wenn sich das magnetische Drehfeld des Stators schneller oder langsamer dreht als die Induktionsschleife im Rotor. Es muss eine Differenzgeschwindigkeit laut Induktionsgesetz herrschen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn der Flügel, welcher am Rotor befestigt ist, angefroren ist und ein Drehfeld von der Elektronik erzeugt wird. Dann wird der Flügel erwärmt, löst sich und mimt bei Synchronmotoren dieselbe Drehfrequenz ein wie das Drehfeld des Stators. Dadurch wird keine Spannung mehr induziert, der Flügel erkaltet und wird gerade.An electrical voltage induction can only take place if the magnetic rotating field of the stator rotates faster or slower than the induction loop in the rotor. There must be a differential speed according to the induction law. This is the case, for example, when the wing, which is attached to the rotor, is frozen and a rotating field is generated by the electronics. Then the vane is heated, loosens and, in the case of synchronous motors, mimics the same rotational frequency as the rotating field of the stator. As a result, voltage is no longer induced, the wing cools down and becomes straight.

Bei Blockadeerkennung, z.B. bei zu hohem Strom in den Wicklungen infolge fehlender Gegen EMK durch Vereisung muss nun lediglich ein Drehfeld erzeugt werden, welches zu besagter Spannungsinduktion führt.In the case of blockage detection, e.g. if the current in the windings is too high due to a lack of back EMF due to icing, only a rotating field must now be generated, which leads to the said voltage induction.

Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn das schnelle Drehfeld unabhängig von der Betriebsweise des Elektromotors auch bei Stillstand des Rotors des Elektromotors erzeugbar ist, insbesondere hinsichtlich Verformung der Flügel auch bei Stillstand des Rotors des Elektromotors. Dies ermöglicht auch, einen z.B. in einem Ring der Lüftervorrichtung festgefrorenen Lüfter-Rotor durch temperaturinduzierte Verformung der FGL zu lösen bzw. die Vereisung aufzubrechen.It has been shown that it is advantageous if the fast rotating field can be generated regardless of the operating mode of the electric motor even when the rotor of the electric motor is at a standstill, in particular with regard to deformation of the wings even when the rotor of the electric motor is at a standstill. This also makes it possible, for example, to loosen a fan rotor that is frozen solid in a ring of the fan device by means of temperature-induced deformation of the SMA or to break up the icing.

Dabei kann die Steuerungs-/Regelungseinrichtung an einen elektrischen Energiespeicher gekoppelt sein oder diesen umfassen. Der Energiespeicher ist bevorzugt für eine Vielzahl von Verformungs- bzw. Enteisungs-Vorgängen eingerichtet bzw. dimensioniert und ausgelegt.In this case, the control / regulating device can be coupled to or comprise an electrical energy store. The energy store is preferably set up or dimensioned and designed for a large number of deformation or de-icing processes.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, durch Erwärmung der Formgedächtnislegierung die Geometrie und/oder Anordnung des jeweiligen Flügels in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebszuständen des Lüfter-Rotors aus der folgenden Gruppe einzustellen: unbestromter Grundzustand mit Ausgangs-Geometrie; bestromter Zustand mit verformter Geometrie, insbesondere mit kontrahierter Geometrie. Dies liefert insbesondere auch im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Elektromotors auch eine vergleichsweise große Stellkraft, die in vergleichsweise kurzer Zeit an der gewünschten Stelle des Lüfters hervorgerufen werden kann. Auch insofern ist die vorliegende Erfindung auch auf besonders hartnäckige Ablagerungen oder bei besonders tiefen Temperaturen vorteilhaft anwendbar.According to one embodiment, the control / regulating device is set up to set the geometry and / or arrangement of the respective blade as a function of at least two operating states of the fan rotor from the following group by heating the shape memory alloy: de-energized basic state with initial geometry; energized state with deformed geometry, in particular with contracted geometry. In particular, in connection with the activation of the electric motor, this also provides a comparatively large actuating force which can be generated at the desired location of the fan in a comparatively short time. In this respect, too, the present invention can advantageously be applied to particularly stubborn deposits or at particularly low temperatures.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, die Geometrie und/oder Anordnung des jeweiligen Flügels in Abhängigkeit von wenigstens zwei Zuständen der Formgedächtnislegierung aus der folgenden Gruppe einzustellen: expandierte Formgedächtnislegierung, kontrahierte Formgedächtnislegierung, insbesondere mit der kontrahierten Formgedächtnislegierung bei niedrigerem Temperaturniveau als das Temperaturniveau der expandierten Formgedächtnislegierung. Es hat sich gezeigt, dass es zumindest für einige Anwendungen vorteilhaft sein kann, wenn die FGL im warmen Zustand die für die Lüftungs-Funktion optimierte (normale) Geometrie annimmt. Diese Ausgestaltung kann z.B. bei einem Betrieb bei standardmäßigen Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt sinnvoll sein.According to one embodiment, the control / regulating device is set up to set the geometry and / or arrangement of the respective wing as a function of at least two states of the shape memory alloy from the following group: expanded shape memory alloy, contracted shape memory alloy, in particular with the contracted shape memory alloy at a lower temperature level than that Temperature level of the expanded shape memory alloy. It has been shown that it can be advantageous, at least for some applications, if the SMA assumes the (normal) geometry optimized for the ventilation function when it is warm. This configuration can be useful, for example, when operating at standard ambient temperatures below freezing point.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Formgedächtnislegierung derart über den jeweiligen Flügel verteilt angeordnet und derart elektrisch an die Steuerungs-/Regelungseinrichtung gekoppelt, dass durch die örtliche Anordnung oder Verteilung der Formgedächtnislegierung in Verbindung mit einem/dem Rotor des Elektromotors eine Induktionsschleife zum Induzieren eines elektrischen Feldes (bzw. einer Spannungsänderung) über den Bereich der Formgedächtnislegierung im jeweiligen Flügel gebildet ist. Dies ermöglicht auch eine vorteilhafte elektronische bzw. elektrotechnische Kopplung mit den weiteren Komponenten der Lüftervorrichtung.According to one embodiment, the shape memory alloy is distributed over the respective wing and electrically coupled to the control / regulating device in such a way that the local arrangement or distribution of the shape memory alloy in connection with a / the rotor of the electric motor creates an induction loop for inducing an electric field ( or a voltage change) is formed over the area of the shape memory alloy in the respective wing. This also enables an advantageous electronic or electrotechnical coupling with the other components of the fan device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Lüfter-Rotor innerhalb eines Gehäuses angeordnet, insbesondere innerhalb eines Wandrings des Gehäuses. Die elektrisch bestrombare Formgedächtnislegierung ist dann bevorzugt zumindest auch in den Spitzen der Flügel angeordnet. Dies ermöglicht auch eine örtliche Fokussierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen, insbesondere eine flächige Eingrenzung, und damit auch eine energetische Optimierung.According to one embodiment, the fan rotor is arranged within a housing, in particular within a wall ring of the housing. The shape memory alloy that can be electrically energized is then preferably also arranged at least in the tips of the wings. This also enables a local focusing of the measures according to the invention, in particular an areal delimitation, and thus also an energetic optimization.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, bei Stillstand des Elektromotors ein schnelles Drehfeld derart über der Formgedächtnislegierung zu erzeugen, insbesondere mittels eines/des Rotors des Elektromotors, dass das schnelle Drehfeld eine Verformung der Formgedächtnislegierung induziert. Dies ermöglicht auch, eine Ablagerung, Blockierung oder Vereisung aufzubrechen, ohne die Flügel rotieren lassen zu müssen.According to one embodiment, the control / regulating device is set up to generate a fast rotating field over the shape memory alloy when the electric motor is at a standstill, in particular by means of a rotor of the electric motor, in such a way that the fast rotating field induces a deformation of the shape memory alloy. This also makes it possible to break up a deposit, blockage or icing without having to rotate the blades.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, ein Anlaufen des Elektromotors als Sequenz zu wiederholen, wenn der Rotor-Flügel stillsteht oder blockiert ist, insbesondere bei periodischem Anlaufen (periodisch wiederholte Startvorgänge) des Elektromotors. Dies kann auch ein schrittweises Losrütteln oder ein De-Blockieren bei vergleichsweise kleinen Kräften und mit vergleichsweise wenig Energieaufwand auf nachhaltige materialschonende Weise bei minimaler Beanspruchung ermöglichen.According to one embodiment, the control / regulating device is set up to repeat a start-up of the electric motor as a sequence when the rotor blade is stationary or blocked, in particular when the electric motor starts up periodically (periodically repeated starting processes). This can also enable a gradual shaking loose or unblocking with comparatively small forces and with comparatively little energy expenditure in a sustainable manner that is gentle on the material and with minimal stress.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung eingerichtet, das Erzeugen eines Drehfeldes in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Elektromotors zu regeln, insbesondere bei Drehung/Rotation des Elektromotors (Normalbetrieb oder anlaufender Normalbetriebszustand) abzuschalten. Diese optionale Korrelation der Aktivierung der FGL in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des E-Motors kann auch einen Selbstregulierungs-Effekt liefern, insbesondere bei vergleichsweise hoher Autarkie des Systems. Dies kann z.B. auch eine Minimierung des messtechnischen, analytischen Aufwandes ermöglichen.According to one exemplary embodiment, the control / regulating device is set up to regulate the generation of a rotating field as a function of an operating state of the electric motor, in particular to switch it off when the electric motor is rotating / rotating (normal operation or starting normal operating state). This optional correlation of the activation of the SMA as a function of an operating state of the electric motor can also provide a self-regulating effect, in particular when the system is relatively self-sufficient. This can, for example, also enable the measurement and analytical effort to be minimized.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Formgedächtnislegierung derart über den jeweiligen Flügel verteilt angeordnet, insbesondere zumindest teilweise auch an der Oberfläche des jeweiligen Flügels, dass eine Verformung der Formgedächtnislegierung aufgrund einer über die Transformationstemperatur verlaufenden Temperaturänderung (aufsteigende oder absteigende Temperaturkurve) eine Veränderung der Geometrie einer Spitze des jeweiligen Flügels induziert. Die FGL muss dabei nicht notwendiger Weise auch in der Flügelspitze angeordnet sein. Vielmehr kann je nach Geometrie und Materialverteilung auch z.B. eine Anordnung an/entlang nur einer Flanke des jeweiligen Flügels bei einer Kontraktion der FGL eine Verlagerung bzw. Verformung der Flügelspitze bewirken.According to one embodiment, the shape memory alloy is arranged distributed over the respective wing, in particular at least partially also on the surface of the respective wing, that a deformation of the shape memory alloy due to a temperature change extending above the transformation temperature (rising or falling temperature curve) causes a change in the geometry of a tip of the respective Wing induced. The SMA does not necessarily have to be arranged in the wing tip. Rather, depending on the geometry and material distribution, an arrangement on / along only one flank of the respective wing can cause a displacement or deformation of the wing tip when the SMA contracts.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Formgedächtnislegierung zumindest in einer Spitze des jeweiligen Flügels vorgesehen. Dies kann auch Vorteile hinsichtlich Materialaufwand für die FGL (insbesondere minimierte Menge) liefern; zudem kann die Beanspruchung des Flügels auf eine einzelne Stelle oder auf einige wenige Stellen reduziert werden, insbesondere auf die hinsichtlich Vereisungs-/Blockierungsrisiko vornehmlich betroffenen Stellen.According to one embodiment, the shape memory alloy is provided at least in a tip of the respective wing. This can also provide advantages in terms of material expenditure for the SMA (especially minimized quantity); In addition, the stress on the wing can be reduced to a single point or to a few points, in particular to the points primarily affected with regard to the risk of icing / blocking.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Formgedächtnislegierung linienförmig, insbesondere drahtförmig, im jeweiligen Flügel angeordnet. Dies kann auch einen großen Wirkungsbereich bzw. einen guten Effekt einer Kontraktions-Kraft der FGL auf den gesamten Flügel oder zumindest auf den entsprechenden Abschnitt des Flügels sicherstellen. According to one exemplary embodiment, the shape memory alloy is arranged linearly, in particular in the form of a wire, in the respective wing. This can also ensure a large area of action or a good effect of a contraction force of the SMA on the entire wing or at least on the corresponding section of the wing.

Beispielsweise ist die Formgedächtnislegierung derart im jeweiligen Flügel und relativ zu einem Rotor des Elektromotors angeordnet, dass eine Rotation des Lüfter-Flügels in Abhängigkeit vom Betriebszustand des E-Motors entweder eine Induktion oder keine Induktion hervorruft (Relativbewegung im Feld des E-Motors).For example, the shape memory alloy is arranged in the respective wing and relative to a rotor of the electric motor in such a way that a rotation of the fan blade, depending on the operating state of the electric motor, causes either induction or no induction (relative movement in the field of the electric motor).

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formgedächtnislegierung wenigstens einen Legierungsbestandteil aus der folgenden Gruppe auf: Eisen, Nickel, Titan, Nitinol. Es hat sich gezeigt, dass derartige FGL unter Temperatureinfluss ein auch für den vorliegenden Anwendungsfall vorteilhaftes Verformungsverhalten sicherstellen können, insbesondere bei/mit vergleichsweise großer Verformungskraft und bei hoher Zykluszahl (MaterialErmüdung auch bei sehr zahlreichen Lasst-/Temperaturwechseln kaum spürbar). Insbesondere kann bei derartigen Materialien eine Verformung bei Temperaturanstieg/Erwärmung eingeleitet werden, und durch Abkühlen wieder reversibel rückgängig gemacht werden. Eine Aktuations-Kraft der FGL, bzw. hier speziell auch eine Oberflächenkraft zum Verformen der Flügel-Geometrie, kann dabei insbesondere beim Erwärmen hervorgerufen bzw. ausgenutzt werden.According to one embodiment, the shape memory alloy has at least one alloy component from the following group: iron, nickel, titanium, nitinol. It has been shown that such SMA under the influence of temperature can ensure a deformation behavior that is also advantageous for the present application, in particular with / with a comparatively high deformation force and with a high number of cycles (material fatigue hardly noticeable even with very numerous temperature changes). In particular, in the case of such materials, a deformation can be initiated when the temperature rises / heats up, and can be reversibly reversed again by cooling. An actuation force of the SMA, or here specifically also a surface force for deforming the wing geometry, can be caused or used in particular during heating.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Transformationstemperatur in Abhängigkeit vom gewählten Material der Formgedächtnislegierung in einem Bereich über 0°C einstellbar, insbesondere in einem Bereich von mindestens 20°C, beispielsweise 25 bis 45°C. Dies kann sicherstellen, dass für eine induzierte Verformung auch gleichzeitig eine ausreichend hohe Erwärmung des Materials erfolgt, so dass die FGL beispielsweise nur in einem sehr kleinen Bereich vorgesehen werden muss, insbesondere im Bereich der Spitze des jeweiligen Flügels, und z.B. nur als dünner drahtförmiger Materialabschnitt von der Nabe bis zur Spitze vorgesehen ist, insbesondere um diesen Abschnitt des Flügels zumindest zu erwärmen und dadurch eine Vereisung aufzubrechen (je nach Materialanhäufung und Anordnung und Einbindung der FGL wahlweise kombinierter Effekt einer Erwärmung und Verformung, oder nur Erwärmung).According to one embodiment, the transformation temperature can be set in a range above 0 ° C, in particular in a range of at least 20 ° C, for example 25 to 45 ° C, depending on the selected material of the shape memory alloy. This can ensure that the material is heated sufficiently for an induced deformation at the same time, so that the SMA only has to be provided in a very small area, in particular in the area of the tip of the respective wing, and only as a thin wire-shaped material section, for example is provided from the hub to the tip, in particular to at least heat this section of the wing and thereby break up an icing (depending on the accumulation of material and the arrangement and integration of the SMA, optionally combined effect of heating and deformation, or just heating).

Beispielsweise ist der Temperaturzustand oberhalb der Transformationstemperatur in Abhängigkeit von den elektrischen Vorgaben der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in einem Bereich von 5 bis 35°C zumindest abschnittsweise im jeweiligen Flügel einstellbar, insbesondere zumindest in der jeweiligen Flügelspitze. Dieser Temperaturbereich ist jedoch rein beispielhaft unter Bezugnahme auch den Gefrierpunkt 0°C genannt.For example, the temperature state above the transformation temperature can be set at least in sections in the respective wing, in particular at least in the respective wing tip, depending on the electrical specifications of the control / regulating device in a range from 5 to 35 ° C. However, this temperature range is also referred to as the freezing point 0 ° C, purely by way of example.

Im jeweiligen Flügel kann wenigstens eine Heatpipe angeordnet sein, insbesondere in radialer Erstreckungs-Richtung. Die Verwendung von Heatpipes kann zusätzlich zur FGL weitere konstruktive und wärmetechnische Variationen ermöglichen und je nach Größe und Anwendung der Lüftervorrichtung neue Gestaltungsspielräume eröffnen.At least one heat pipe can be arranged in the respective wing, in particular in the radial direction of extent. In addition to the SMA, the use of heat pipes can enable further structural and thermal variations and, depending on the size and application of the fan device, open up new design leeway.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, insbesondere gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann eine Erwärmung des Lüfter-Rotors bzw. des jeweiligen Flügels auch dadurch beschleunigt werden, dass im jeweiligen Flügel wenigstens eine Heatpipe angeordnet ist, insbesondere in radialer Erstreckungs-Richtung. Dies begünstigt auch eine effektive und zeitlich vorteilhafte Weiterleitung von Wärmeenergie des Elektromotors bis zu den Flügelspitzen, und kann eine temperaturinduzierte Verformung verbessern und/oder den dafür erforderlichen Energieaufwand minimieren. Die Verwendung von wenigstens einer Heatpipe ist insbesondere dann zielführend, wenn die Flügel im Normalbetriebszustand eine vordefinierte Betriebstemperatur annehmen sollen, welche oberhalb von der Umgebungstemperatur liegt, also wenn Wärmeleitung im Flügel von innen nach radial außen standardmäßig gewünscht wird. Dafür kann Abwärme des Elektromotors genutzt werden. Auch für eine Situation, in welcher die Vorrichtung blockiert ist, kann die Verwendung von Heatpipes vorteilhaft sein, insbesondere für eine Nutzung der Abwärme des Elektromotors. Die vorliegende Erfindung ermöglicht demnach auch, sei es mit oder ohne Heatpipes, die Materialauswahl für die Flügel etwas variabler zu gestalten, insbesondere da eine Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials dank der eingearbeiteten FGL nicht mehr derart von Bedeutung ist. Vielmehr kann eine solche auch für den Standard-Betriebszustand gewünschte Wärmeleitung zumindest teilweise auch bereits durch die FGL sichergestellt werden.According to a further advantageous embodiment, in particular according to a further aspect of the present invention, heating of the fan rotor or the respective blade can also be accelerated in that at least one heat pipe is arranged in the respective blade, in particular in the radial direction of extent. This also favors an effective and temporally advantageous transfer of thermal energy from the electric motor to the wing tips, and can improve temperature-induced deformation and / or minimize the energy expenditure required for this. The use of at least one heat pipe is particularly expedient if the wings are to assume a predefined operating temperature in the normal operating state, which is above the ambient temperature, i.e. if heat conduction in the wing from the inside to the radial outside is desired as standard. Waste heat from the electric motor can be used for this. The use of heat pipes can also be advantageous for a situation in which the device is blocked, in particular for using the waste heat from the electric motor. The present invention therefore also makes it possible, with or without heat pipes, to make the material selection for the wings somewhat more variable, in particular since the thermal conductivity of the base material is no longer of such importance thanks to the incorporated SMA. Rather, it can also be used for the standard operating state desired heat conduction can also be at least partially ensured by the SMA.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch Verwendung wenigstens einer Formgedächtnislegierung an oder in Flügeln eines Lüfter-Rotors einer Lüftervorrichtung zum Erzeugen einer Lüftungsströmung durch Rotation, insbesondere zur Ventilation, insbesondere bei einer zuvor beschriebenen Lüftervorrichtung, wobei die wenigstens eine Formgedächtnislegierung derart in die Flügel integriert wird und derart mittels einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung mit Energie beaufschlagt wird, dass die Flügel von einem ersten Temperaturzustand in einen zweiten Temperaturzustand gebracht werden und dabei eine/die Transformationstemperatur der Formgedächtnislegierung durchlaufen und beim Wechsel vom ersten in den zweiten Temperaturzustand oder vom zweiten in den ersten Temperaturzustand einer Verformung unterzogen werden, insbesondere einer kontrahierenden Enteisungsverformung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.The aforementioned object is also achieved by using at least one shape memory alloy on or in the blades of a fan rotor of a fan device for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, in particular in the case of a fan device described above, the at least one shape memory alloy being integrated into the blades in this way and is charged with energy by means of a control / regulating device in such a way that the blades are brought from a first temperature state to a second temperature state and pass through a / the transformation temperature of the shape memory alloy and when changing from the first to the second temperature state or from the second to the first temperature state are subjected to a deformation, in particular a contracting de-icing deformation. This results in the aforementioned advantages.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Lüftervorrichtung zum Erzeugen einer Lüftungsströmung durch Rotation, insbesondere zur Ventilation, insbesondere durch eine zuvor beschriebenen Lüftervorrichtung, wobei die Lüftervorrichtung eingerichtet ist zur temperaturinduzierten Verformung von Flügeln eines Lüfter-Rotors der Lüftervorrichtung, wobei die Lüftervorrichtung hergestellt ist durch Integration wenigstens einer Formgedächtnislegierung in die Flügel und durch elektrisches Anbinden/Koppeln der Formgedächtnislegierung an eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung derart, dass ein Beaufschlagen der Formgedächtnislegierung mit elektrischer Energie eine/die den jeweiligen Flügel verformende Temperaturänderung induziert bzw. hervorruft, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand eines Elektromotors der Lüftervorrichtung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Dabei kann die Integration der wenigstens einer Formgedächtnislegierung (FGL) auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit vom Grundmaterial der Flügel. Die FGL kann z.B. linienförmig oder drahtartig in den jeweiligen Flügel eingearbeitet sein, und/oder der jeweilige Flügel kann zumindest abschnittsweise vollständig aus der FGL bestehen, insbesondere in einem kleinen Bereich der Flügelspitze und/oder in einem kleinen Bereich der Nabe des Lüfter-Rotors. Letztlich kann die Anordnung und Integration der FGL im Flügel auch von der Geometrie des Flügels und von etwaigen umgebenden Komponenten abhängig sein.The aforementioned object is also achieved by a fan device for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, in particular by means of a fan device described above, the fan device being set up for the temperature-induced deformation of blades of a fan rotor of the fan device, the fan device being produced by integrating at least one shape memory alloy into the wing and by electrically connecting / coupling the shape memory alloy to a control / regulating device in such a way that the application of electrical energy to the shape memory alloy induces or causes a temperature change that deforms the respective wing, in particular as a function of a Operating state of an electric motor of the fan device. This results in the aforementioned advantages. The at least one shape memory alloy (SMA) can be integrated in different ways, in particular as a function of the base material of the wings. The SMA can, for example, be incorporated into the respective wing in a linear or wire-like manner, and / or the respective wing can at least partially consist entirely of the SMA, in particular in a small area of the wing tip and / or in a small area of the hub of the fan rotor. Ultimately, the arrangement and integration of the SMA in the wing can also be dependent on the geometry of the wing and any surrounding components.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Induzieren einer Verformung von/in Flügeln eines Lüfter-Rotors einer Lüftervorrichtung durch Temperaturänderung im Material der Flügel, insbesondere mittels einer zuvor beschriebenen Lüftervorrichtung, insbesondere zum Enteisen des Lüfter-Rotors, wobei die Verformung mittels elektrischer Energie hervorgerufen wird; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Steuern/Regeln einer in den Lüfter-Rotor geleiteten elektrischen Energie mittels einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, wobei die elektrische Energie zu wenigstens einer Formgedächtnislegierung in einem jeweiligen Flügel des Lüfter-Rotors geleitet wird; und Steuern/Regeln der in den Lüfter-Rotor geleiteten elektrischen Energie derart, dass die Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit von der Energiebeaufschlagung in wenigstens zwei Temperaturzuständen oberhalb und unterhalb einer Transformationstemperatur der Formgedächtnislegierung eingestellt wird, insbesondere zwecks kontraktiver Verformung des jeweiligen Flügels. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann auf besonders effektive und auch energieeffiziente Weise eine lokale Maßnahme an den gewünschten Stellen eines jeweiligen Flügels erfolgen, wahlweise eine Erwärmung und wahlweise auch eine geometrische Verformung.The aforementioned object is also achieved by a method for inducing a deformation of / in blades of a fan rotor of a fan device by changing the temperature in the material of the blades, in particular by means of a fan device described above, in particular for de-icing the fan rotor, the deformation by means of electrical energy is generated; wherein the method comprises the following steps: controlling / regulating an electrical energy conducted into the fan rotor by means of a control / regulating device, the electrical energy being conducted to at least one shape memory alloy in a respective wing of the fan rotor; and controlling / regulating the electrical energy conducted into the fan rotor in such a way that the shape memory alloy is set in at least two temperature states above and below a transformation temperature of the shape memory alloy depending on the application of energy, in particular for the purpose of contractive deformation of the respective blade. This results in the aforementioned advantages. In particular, a local measure can be carried out in a particularly effective and also energy-efficient manner at the desired points of a respective wing, optionally heating and optionally also geometrical deformation.

Im Motorbetrieb wird der Rotor des Elektromotors synchron zum Stator gedreht bzw. angetrieben, insbesondere derart, dass eine Spannung in einer/der Induktionsschleife im Rotor des Elektromotors nicht induziert wird (keine elektromagnetische Induktion im Normalbetrieb). Diese Ausgestaltung liefert auch den energetischen Vorteil, dass die FGL im Standard-Betrieb wahlweise keine Energie ziehen muss.In motor operation, the rotor of the electric motor is rotated or driven synchronously with the stator, in particular in such a way that a voltage is not induced in an induction loop in the rotor of the electric motor (no electromagnetic induction in normal operation). This configuration also provides the energetic advantage that the SMA optionally does not have to draw any energy in standard operation.

Gemäß einer Ausführungsform ist/wird die Formgedächtnislegierung derart elektrisch mit einem Elektromotor der Lüftervorrichtung gekoppelt, dass bei stillstehendem Lüfter-Rotor ein temperatursteigernder Strom bzw. eine Spannung in der Formgedächtnislegierung induziert wird, und dass bei rotierendem Lüfter-Rotor und rotierendem Rotor des Elektromotors kein Strom bzw. keine Spannung in der Formgedächtnislegierung induziert wird. Dies kann auch einen selbstregulierenden Effekt bei energieoptimiertem Betriebsverhalten bereitstellen. Insbesondere sind Formgedächtnislegierung und Elektromotor derart elektrisch gekoppelt, dass bei synchroner Rotation eine Spannung nicht induziert wird. Dabei rotiert der Rotor im Normalbetrieb bevorzugt synchron zum Stator des E-Motors.According to one embodiment, the shape memory alloy is / is electrically coupled to an electric motor of the fan device in such a way that when the fan rotor is at a standstill, a temperature-increasing current or voltage is induced in the shape memory alloy, and that when the fan rotor and rotor of the electric motor are rotating, no current or no stress is induced in the shape memory alloy. This can also provide a self-regulating effect with energy-optimized operating behavior. In particular, the shape memory alloy and the electric motor are electrically coupled in such a way that a voltage is not induced in the case of synchronous rotation. In normal operation, the rotor preferably rotates synchronously with the stator of the electric motor.

FigurenlisteFigure list

In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:

1 jeweils in einer Seitenansicht in drei einzelnen Betriebszuständen bzw. Situationen einen Flügel eines Lüfter-Rotors einer Lüftervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
2 in einer Seitenansicht einen Lüfter-Rotor einer Lüftervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

The invention is described in more detail in the following figures, reference being made to the other figures for reference symbols that are not explicitly described in a respective figure. Show it:

1 each in a side view in three individual operating states or situations a wing of a fan rotor of a fan device according to an embodiment
2 in a side view a fan rotor of a fan device according to a further embodiment.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Figuren und Ausführungsbeispiele werden zunächst gemeinsam beschrieben; Besonderheiten werden durch Bezugnahme auf die jeweilige Figur individuell beschrieben. The figures and exemplary embodiments are initially described together; Special features are described individually by referring to the respective figure.

Ein Lüfter-Rotor 1 weist mehrere Flügel 2 mit Flügelspitzen 2a auf, wobei der Lüfter-Rotor 1 beispielsweise innen von einer Wandung 5, insbesondere innerhalb eines Wandrings bzw. innerhalb eines Gehäuses, angeordnet ist und relativ zur Wandung rotiert. Zwischen der jeweiligen Flügelspitze 2a und der Wandung 5 ergibt sich ein Luftspalt 6. Ein Elektromotor mit Stator 3 steht in Verbindung mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4, wobei der Antrieb des Rotors 1 insbesondere durch den Elektromotor, dessen Stator mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet ist, bewirkt wird. Ferner ist eine Statorwicklung 3a um Zähne vorgesehen. Der Lüfter ist wenigstens abschnittsweise von einer Wandung 5, bzw. einem Gehäuse, insbesondere einem Wandring umgeben.A fan rotor 1 has several wings 2 with wing tips 2a on, with the fan rotor 1 for example inside of a wall 5 , in particular within a wall ring or within a housing, is arranged and rotates relative to the wall. Between the respective wingtip 2a and the wall 5 there is an air gap 6th . An electric motor with a stator 3 is in connection with a control / regulating device 4th , the drive of the rotor 1 in particular by the electric motor, the stator of which has the reference number 3 is designated, is effected. There is also a stator winding 3a provided around teeth. The fan is at least partially from a wall 5 , or a housing, in particular a wall ring.

Der Rotor weist einen Permanentmagnet 8 auf und ist mit einem Kugellager 9 gelagert.The rotor has a permanent magnet 8th on and is with a ball bearing 9 stored.

Um einen Vergleich zwischen eingesetzter elektrische Energie und erzielter Rotation zielgerichtet durchzuführen, ist es zweckmäßig, wenigstens einen Rotationssensor 14 vorzusehen.In order to carry out a targeted comparison between the electrical energy used and the rotation achieved, it is expedient to have at least one rotation sensor 14th to be provided.

In den jeweiligen Flügeln 2 ist eine Formgedächtnislegierung 11 angeordnet bzw. integriert.In the respective wings 2 is a shape memory alloy 11 arranged or integrated.

Diese Komponenten oder eine Teilauswahl dieser Komponenten bilden eine Lüftervorrichtung 10, bei welcher die Formgedächtnislegierung 11 derart mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mit Energie beaufschlagbar ist, insbesondere elektrisch bestrombar ist, dass die Formgedächtnislegierung 11 zur Formgebung des/der Flügel(s) 2 in Abhängigkeit von der Energiebeaufschlagung in wenigstens zwei Temperaturzuständen oberhalb und unterhalb einer Transformationstemperatur der Formgedächtnislegierung 11 einstellbar ist, insbesondere in wenigstens einem Kontraktions-Temperaturzustand für eine Verformung in radialer Richtung ri nach innen.These components or a partial selection of these components form a fan device 10 , in which the shape memory alloy 11 in such a way by means of the control / regulating device 4th can be charged with energy, in particular electrically energized, that the shape memory alloy 11 for shaping the wing (s) 2 as a function of the application of energy in at least two temperature states above and below a transformation temperature of the shape memory alloy 11 is adjustable, in particular in at least one contraction temperature state for deformation in the radial direction ri inside.

Der jeweilige Flügel 2 besteht zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung 11 bzw. ist zumindest teilweise dadurch gebildet bzw. weist die Formgedächtnislegierung als einen integrierten Bestandteil auf, wobei die Formgedächtnislegierung 11 beispielsweise drahtförmig in den Flügel 2 integriert ist bzw. darin eingebettet ist.The respective wing 2 consists at least partially of a shape memory alloy 11 or is at least partially formed thereby or has the shape memory alloy as an integrated component, the shape memory alloy 11 for example in the form of a wire in the wing 2 is integrated or embedded therein.

Insbesondere mittels Elektromotor 3 und Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 wird eine Induktionsschleife 12 erzeugt, insbesondere in Abhängigkeit von einem durch einen Rotationssensor 14 erfassten Betriebszustand des Lüfters 1.In particular by means of an electric motor 3 and control / regulating device 4th becomes an induction loop 12th generated, in particular as a function of one by a rotation sensor 14th recorded operating status of the fan 1 .

In 1 ist oben zunächst ein undeformierter Flügel 2 in der Ausgangsgeometrie gezeigt; darunter ist der Flügel 2 mit insbesondere an der Spitze 2a deformierter Geometrie gezeigt (hier beispielhaft: Kontraktion in radialer Richtung ri nach innen). In der weiteren Ansicht ist ein Flügel 2 in relativer Anordnung zu einer Wandung 5 gezeigt, wobei sich ein Luftspalt 6 ergibt.In 1 is initially an undeformed wing at the top 2 shown in the starting geometry; underneath is the wing 2 with particular at the top 2a deformed geometry shown (here as an example: contraction in the radial direction ri inside). In the further view is a wing 2 in relative arrangement to a wall 5 shown, with an air gap 6th results.

Durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise die Bildung einer Vereisungszone 6a in dem Luftspalt 6, die sich bei einer geraden Flügelspitze ergeben würde durch eine gezielte Krümmung der Flügelspitze 2a verhindert.By a preferred embodiment of the invention, the formation of an icing zone is preferred 6a in the air gap 6th that would result from a straight wing tip by a targeted curvature of the wing tip 2a prevented.

In 1 ist ferner illustriert, dass die Formgedächtnislegierung 11 auch in Verbindung mit einer Heatpipe 13 eingesetzt werden kann, oder zumindest teilweise dadurch ersetzt oder ergänzt werden kann.In 1 is further illustrated that the shape memory alloy 11 also in connection with a heat pipe 13th can be used, or at least partially replaced or supplemented thereby.

In 2 ist eine Anordnung mit einer Lüftervorrichtung 10 mit einer weiteren Flügelgeometrie gezeigt. Ferner sind Magnetpole Nord N und Süd S angedeutet.In 2 is an arrangement with a fan device 10 shown with a further wing geometry. Magnetic poles north N and south S are also indicated.

Anordnung und Ausrichtung und Menge der Formgedächtnislegierungen können in den jeweiligen Ausführungsbeispielen variiert werden und auch unter den Ausführungsbeispielen kombiniert werden, je nach Ausgestaltung der Flügel und je nach Anwendungsgebiet (Temperaturen, Drehzahlen, Materialien, oder dergleichen Parameter).The arrangement and orientation and quantity of the shape memory alloys can be varied in the respective exemplary embodiments and can also be combined under the exemplary embodiments, depending on the design of the blades and depending on the area of application (temperatures, speeds, materials, or similar parameters).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Lüfter-RotorFan rotor
22: Flügel, Außenkontur des FlügelsWing, outer contour of the wing
2a2a: Flügelspitze gerade / Flügelspitze gekrümmtWing tip straight / wing tip curved
33: Stator des ElektromotorsElectric motor stator
3a3a: Statorwicklung um ZahnStator winding around tooth
44th: Steuerungs-/RegelungseinrichtungControl / regulation device
55: Wandung (bzw. Gehäuse), insbesondere WandringWall (or housing), in particular wall ring
66th: LuftspaltAir gap
6a6a: VereisungszoneIcing zone
88th: Permanentmagnet des RotorsPermanent magnet of the rotor
99: Kugellagerball-bearing
1010: LüftervorrichtungFan device
1111: Formgedächtnislegierung, insbesondere drahtförmigShape memory alloy, in particular wire-shaped
1212th: Induktionsschleife, Teil im LuftspaltInduction loop, part in the air gap
1313th: HeatpipeHeat pipe
1414th: RotationssensorRotation sensor
riri: radiale Richtung nach innenradial inward direction

Claims

Fan device (10) designed to generate a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, with at least one fan rotor (1) with a plurality of blades (2), and with an electric motor (3) for driving the fan rotor, and with a control / regulating device (4) coupled to the electric motor set up for controlling / regulating electrical energy conducted into the fan rotor, in particular an electrical current conducted into or through the respective wing, characterized in that the wings (2) at least partially consist of a shape memory alloy (11), wherein the shape memory alloy can be charged with energy by means of the control / regulating device (4), in particular electrically energized, that the shape memory alloy for shaping the wings (2) in at least two temperature states as a function of the energy application above and below a transformation temperature of the Shape memory alloy is adjustable, in particular in at least one contraction temperature state for deformation in the radial direction (ri) inward.

Fan device (10) after Claim 1 , the shape memory alloy (11) being designed in such a way that the temperature state below the transformation temperature is an energy-free state, in particular corresponding to a basic geometry of the fan rotor (1), and that the temperature state above the transformation temperature is an energized state, in particular corresponding to a deformed state Geometry of the fan rotor (1); and / or wherein the control / regulating device (4) is set up to generate a rotating field, in particular a fast rotating field, in particular regardless of an operating state of the electric motor (3) even when a rotor of the electric motor is at a standstill.

Fan device (10) after Claim 1 or 2 , the control / regulating device (4) being set up to adjust the geometry and / or arrangement of the respective blade (2) as a function of at least two operating states of the fan rotor (1) from the following group by heating the shape memory alloy (11) : de-energized basic state with initial geometry; energized state with deformed geometry, in particular with contracted geometry.

Fan device (10) according to one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy (11) is arranged distributed over the respective wing (2) and is electrically coupled to the control / regulating device (4) in such a way that the local arrangement or distribution of the Shape memory alloy (11) is formed in connection with a / the rotor of the electric motor (3) an induction loop (12) for inducing an electric field over the area of the shape memory alloy (11) in the respective wing (2).

Fan device (10) according to one of the preceding claims, wherein the fan rotor (1) is arranged within a housing (5), in particular within a wall ring of the housing; and / or wherein the shape memory alloy (11) which can be electrically energized is arranged at least also in the tips (2a) of the wings.

Fan device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control / regulating device (4) is set up to generate a fast rotating field over the shape memory alloy (11) when the electric motor (3) is at a standstill in such a way that the fast rotating field causes a deformation of the shape memory alloy (11) induced; and / or wherein the control / regulating device (4) is set up to repeat a start-up of the electric motor (3) as a sequence when the respective wing (2) is stationary or blocked, in particular when the electric motor (3) starts up periodically; and / or wherein the control / regulating device (4) is set up to regulate the generation of a rotating field as a function of an operating state of the electric motor (3), in particular to switch it off when the electric motor (3) rotates / rotates.

Fan device (10) according to one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy (11) is arranged distributed over the respective wing (2), in particular at least partially also on the surface of the respective wing, that a deformation of the shape memory alloy (11) due to an over the transformation temperature-progressing temperature change induces a change in the geometry of a tip (2a) of the respective wing; and / or wherein the shape memory alloy (11) is provided at least in one / the tip (2a) of the respective wing (2); and / or wherein the shape memory alloy (11) linear, in particular wire-shaped, is arranged in the respective wing.

Fan device (10) according to one of the preceding claims, wherein the shape memory alloy (11) has at least one alloy component from the following group: iron, nickel, titanium, nitinol; and / or wherein the temperature state above the transformation temperature can be set at least in sections in the respective wing (2) depending on the electrical specifications of the control / regulating device (4) in a range above 0 ° C, in particular at least in the respective wing tip; and / or wherein at least one heat pipe (13) is arranged in the respective wing (2), in particular in the radial direction of extent (ri).

Use of at least one shape memory alloy (11) on or in the blades (2) of a fan rotor (1) of a fan device (10) for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, in particular in a fan device (10) according to one of the preceding device claims, wherein the at least one shape memory alloy (11) is integrated into the wings (2) and energized by means of a control / regulating device (4) in such a way that the wings are brought from a first temperature state to a second temperature state and thereby a / pass through the transformation temperature of the shape memory alloy and are subjected to a deformation when changing from the first to the second temperature state or from the second to the first temperature state, in particular a contracting de-icing deformation.

Fan device (10) for generating a ventilation flow by rotation, in particular for ventilation, in particular fan device (10) according to one of the preceding device claims, wherein the fan device (10) is set up for the temperature-induced deformation of blades (2) of a fan rotor (1) Fan device, produced by integrating at least one shape memory alloy (11) into the blades (2) and by electrically connecting / coupling the shape memory alloy (11) to a control / regulating device (4) in such a way that the shape memory alloy (11) is charged with electrical energy a / which induces the respective wing (2) deforming temperature change, in particular as a function of an operating state of an electric motor (3) of the fan device.

Method for inducing a deformation of / in blades (2) of a fan rotor (1) of a fan device (10) by changing the temperature in the material of the blades (2), in particular by means of a fan device (10) according to one of the preceding device claims, in particular for de-icing of the fan rotor (1), the deformation being caused by means of electrical energy; characterized by the steps of: controlling / regulating an electrical energy conducted into the fan rotor (1) by means of a control / regulating device (4), the electrical energy being converted to at least one shape memory alloy (11) in a respective wing (2) of the fan -Rotors (1) is directed; Controlling / regulating the electrical energy fed into the fan rotor (1) in such a way that the shape memory alloy (11) for shaping the blades (2) is set in at least two temperature states above and below a transformation temperature of the shape memory alloy (11) depending on the application of energy is, in particular for the purpose of contractive deformation of the respective wing.

Method according to the preceding method claim, wherein the shape memory alloy (11) is / is electrically coupled to an electric motor (3) of the fan device (10) in such a way that when the fan rotor (1) is at a standstill, a temperature-increasing current is induced in the shape memory alloy (11) , and that when the fan rotor (1) and the rotor of the electric motor (3) are rotating, no current is induced in the shape memory alloy.