DE102021204491A1

DE102021204491A1 - Ventilator, insbesondere Radial- oder Diagonalventilator

Info

Publication number: DE102021204491A1
Application number: DE102021204491.3A
Authority: DE
Inventors: Frieder Lörcher; Alexander Herold
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-11-10
Also published as: WO2022233372A1; BR112023022311A2; EP4314564A1; CN117242265A; JP2024517441A

Abstract

Ventilator (1), insbesondere Radial- oder Diagonalventilator, mit einem Motor (4), einem vom Motor (4) drehangetriebenen Laufrad (3), einer Einlaufdüse (5) und einer sich um die Einlaufdüse (5) herum erstreckenden Düsenplatte (2), wobei das Laufrad (3) im Wesentlichen aus einer Bodenscheibe (10), einer Deckscheibe (8) und mehreren sich dazwischen erstreckenden Flügeln (9) besteht, die Düsenplatte (2) einen zur Druckseite hin umgekanteten Rand aufweist und die Deckscheibe (8) an ihrem Außenrand zur Saugseite hin abgerundet ist, und wobei die Umkantung (6) der Düsenplatte (2) und die Abrundung der Deckscheibe (8) derart geformt und dimensioniert sind, dass die deckscheibennahe Ausströmung aus dem Laufrad (3) mit der Abkantung der Düsenplatte (2) interagiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator, insbesondere einen Radial- oder Diagonalventilator. Der Ventilator umfasst einen Motor, ein vom Motor drehangetriebenes Laufrad, eine Einlaufdüse und eine sich um die Einlaufdüse herum ersteckende Düsenplatte. Das Laufrad besteht im Wesentlichen aus einer Bodenscheibe, einer Deckscheibe und mehreren sich dazwischen erstreckenden Flügeln.
Radial- oder Diagonalventilatoren der hier in Rede stehenden Art sind hinlänglich aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft sei auf die DE 10 2017 110 642 A1 verwiesen, die, für sich gesehen, eine Radialventilatoranordnung zeigt.
Ungeachtet der konkreten Bauart und Anwendung sollen Ventilatoren der hier in Rede stehenden Art sowohl im Einbau als auch auf dem Prüfstand hohe - identische - Wirkungsgrade haben. Diese Anforderung erscheint trivial. Jedoch musste festgestellt werden, dass auf eine konkrete Einbausituation optimierte Laufräder und somit entsprechende Ventilatoren ein eher nachteiliges Verhalten auf dem Prüfstand haben können.
Entsprechend sind Laufräder radialer und diagonaler Bauart entwickelt worden, die unter Prüfstandbedingungen sehr hohe Wirkungsgrade haben, jedoch in konkreten Einbausituationen diese Wirkungsgrade nicht aufweisen. Des Weiteren gibt es Laufräder radialer und diagonaler Bauart, die unter druckseitigen Einbaubedingungen sehr hohe Wirkungsgrade haben, allerdings unter Prüfstandbedingungen mit geringeren Wirkungsgraden aufwarten. Diese Situation ist problematisch, zumal der Prüfstand und somit die Prüfstandbedingung Aufschluss über die Leistung des Ventilators in der konkreten Anwendung liefern soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Ventilator derart auszugestalten und weiterzubilden, dass er sowohl in der druckseitigen Einbausituation als auch unter Prüfstandbedingungen möglichst hohe Wirkungsgrade hat. Zumindest sollen etwaige Unterschiede zwischen den beiden Situationen so gering wie möglich sein.
Voranstehende Aufgabe ist durch einen Ventilator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach weist die Düsenplatte einen zur Druckseite hin umgekanteten Rand auf, während die Deckscheibe an ihrem Außenrand zur Saugseite hin abgerundet ist.
Die Umkantung der Düsenplatte und die Abrundung der Deckscheibe sind derart geformt und dimensioniert, dass die deckscheibennahe Ausströmung aus dem Laufrad mit der Abkantung der Düsenplatte interagiert.
Erfindungsgemäß geht es um die Kombination einer besonderen Düsenplatte mit einer besonderen Deckscheibe, wobei die Düsenplatte einen zur Druckseite umgekanteten bzw. abgekanteten Rand hat und die Deckscheibe zur Saugseite hin abgerundet ist, nämlich eine Krümmung aufweist. Diese beiden Merkmale sind in Kombination zu sehen und haben einen synergetischen Effekt dahingehend, dass die deckscheibennahe Ausströmung aus dem Laufrad mit der Umkantung der Düsenplatte interagiert. Dadurch wird eine lokale Stabilisierung ähnlich einer Einbausituation erreicht, so dass der erfindungsgemäße Ventilator auf dem Prüfstand den gleichen oder nahezu den gleichen Wirkungsgrad zeigt wie in einer konkreten Einbausituation.
Es ist von Vorteil, wenn im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilatorachse, der einer Umfangsposition des Laufrads oder der Deckscheibe oder der Düsenplatte zuordenbar ist, die tangentiale Verlängerung der inneren, den Flügeln zugewandten Deckscheibenkontur an ihrem radial äußeren Rand die Düsenplatte, inklusive deren Umkantung gesehen, über mindestens 90%, vorzugsweise über 100 % der Umfangspositionen schneidet. Dadurch werden die erfindungsgemäßen Vorteile abermals begünstigt, insbesondere in Bezug auf die Stabilisierung der Luft-Strömung.
Bei der Abrundung der Deckscheibe handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine starke Überkrümmung am Außenrand der Deckscheibe, die in Kombination mit dem abgekanteten Rand der Düsenplatte zu sehen ist.
Im Konkreten vermittelt die innere (flügelseitige) Kontur der Abrundung und somit des Außenrands der Deckscheibe am äußeren Ende der Deckscheibe im Bereich des Laufradaustritts der Luftströmung eine Austrittsrichtung, die sich durch eine gerade, tangentiale Verlängerung der Deckscheibe definieren lässt. Die Überkrümmung vermittelt der Luft eine besondere Austrittsrichtung, wobei die konstruktive Ausgestaltung der Überkrümmung derart ausgelegt sein kann, dass die Luftaustrittsrichtung über den Umfang der Deckscheibe konstant oder variabel ist. Beliebige bzw. unterschiedliche Beeinflussungen über den Umfang der Deckscheibe hinweg sind realisierbar.
Des Weiteren kann die Luft-Austrittsrichtung hinsichtlich der Hauptdurchströmungsrichtung, hin zur Düsenplatte, rückwärtsgerichtet sein. Eine solche Ausgestaltung ist jedoch nicht zwingend.
Es ist von weiterem Vorteil, wenn die Luft-Austrittsrichtung am äußeren Ende der Deckscheibe, d.h. an deren Überkrümmungsbereich, zur Radialrichtung einen Winkel von mehr als 35°, vorzugsweise mehr als 45° hat. Dadurch wird die druckscheibennahe Abströmung aus dem Laufrad hin zur Düsenplatte bzw. zu deren Umkantung umgelenkt. Eine Interaktion findet dadurch statt.
Im Konkreten ist es denkbar, dass sich die gedachte Verlängerung der Deckscheibe, ausgehend von deren Überkrümmungsbereich, vorzugsweise über den gesamten Umfang oder zumindest über einen großen Bereich des Umfangs von mehr als 95%, mit der Düsenplatte oder deren Umkantung schneidet. Dadurch ist die Interaktion der aus dem Laufrad strömenden Luft mit der Düsenplatte bzw. der äußeren Umkantung gewährleistet.
Es ist festgestellt worden, dass bei Ventilatoren entsprechend den zuvor erörterten Merkmalen druckseitige, radial begrenzende Einbaubedingungen die Kernlinie eines für solche Einbauumgebungen optimierten Ventilators gegenüber einer druckseitig ungestörten Einbaubedingung stabilisieren können. So lässt sich eine druckseitige Stabilisierung im druckseitig ungestörten Einbau wie auch in einem nur in Axialrichtung begrenzten Einbau realisieren, so dass ein für radialbegrenzte druckseitige Einbaubedingungen optimiertes Ventilatorlaufrad auch in anderen Einbaubedingungen und auf dem Prüfstand hervorragende Wirkungsgrad- und Akustikwerte hat.
Im Konkreten begünstigen ganz besondere charakteristische Maße des Ventilators die gewünschten Eigenschaften. So ist es von weiterem Vorteil, wenn das Verhältnis von Luft-Austrittsdurchmesser D_D der Einströmdüse zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L des Laufrads am äußeren Rand der Deckscheibe größer/gleich 70%, vorzugsweise größer/gleich 75% ist.
Das Verhältnis von axialer Bauhöhe c der Einströmdüse zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L des Laufrads ist am äußeren Rand der Deckscheibe kleiner/gleich 12%.
Das Verhältnis des axialen Abstands a zwischen Luft-Strömungsaustritt an der Deckscheibe und dem offenen Ende der Umkantung der Düsenplatte zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L des Laufrads am äußeren Rand der Deckscheibe ist kleiner/gleich 20%. Weiter ist es von Vorteil, wenn a+b < w-D_L oder a+b < (w-D_L)* tan (α) ist, wobei w = Breite der Düsenplatte, die die kleinste Seitenlänge einer eher rechteckigen Kontur der Düsenplatte darstellt, und b = axiale Höhe der äußeren Umkantung der Düsenplatte
Die Düsenplatte des erfindungsgemäßen Ventilators kann beliebige Formen haben, beispielsweise kann sie eine rechteckige, vorzugsweise quadratische Außenkontur haben. Die Deckscheibe kann vorteilhaft einen größeren Außendurchmesser als die Bodenscheibe haben, um auch insoweit die Strömungsverhältnisse zu begünstigen. Eine solche Ausführungsform eignet sich obendrein besonders für eine Einbaubedingung, bei der die Strömung nach dem Ventilator eher axial weiter strömt, d.h. bei einer druckseitigradial begrenzenden Einbausituation. Das Verhältnis des Außendurchmessers der Bodenscheibe zum Außendurchmesser der Deckscheibe sollte vorteilhaft etwa zwischen 85% und 95% liegen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

1 in perspektivischer Ansicht von der Abströmseite einen Ventilator mit einem Laufrad mit stark überkrümmter Deckscheibe, einem Motor, einer Aufhängung und einer Düsenplatte mit Düse,
2 in einem Schnitt an einer Ebene durch die Ventilatorachse von der Seite gesehen den Ventilator gemäß 1, wobei der Motor nicht geschnitten dargestellt ist,
3 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs aus 2, mit zusätzlich schematisch eingezeichneten Abmessungen,
4 in einer Ansicht von der Zuströmseite aus gesehen den Ventilator gemäß 1, 2 und 4,
5 in einer Ansicht von der Abströmseite aus gesehen den Ventilator gemäß 1, 2, 4 und 5,
6 in perspektivischer Ansicht eine schematische Darstellung eines abströmseitigen Teilbereiches eines durch Simulation errechneten Strömungsbildes eines erfindungsgemäßen Ventilators in einem ersten Betriebspunkt, und
7 in perspektivischer Ansicht eine schematische Darstellung eines abströmseitigen Teilbereiches eines Strömungsbildes, in einer ähnlichen Darstellung wie in 6, eines erfindungsgemäßen Ventilators in einem zweiten Betriebspunkt.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von der Abströmseite aus gesehen eine Ausführungsform eines Ventilators 1 mit einem radial außen liegenden Überkrümmungsbereich 7 der Deckscheibe 8. Der Ventilator 1 ist ein rückwärts gekrümmter Radialventilator mit einem Laufrad 3, bestehend aus einer Deckscheibe 8, einer Bodenscheibe 10 und dazwischen sich erstreckenden Flügeln 9. Das Laufrad 3 wird von einem Motor 4, hier einem Außenläufermotor mit einem im Stator 12 integrierten Elektroniktopf 21, angetrieben, mit dessen Rotor 11 (hier nicht sichtbar) das Laufrad 3 rotationsfest verbunden ist.
Eine Einströmdüse 5 ist im Ausführungsbeispiel mit Befestigungsvorkehrungen 14 an einer Düsenplatte 2 angebracht, die mit dem Motor 4 statorseits über eine Aufhängung 13, bestehend im Wesentlichen aus Tragstreben 19 und einem Motortragblech 20, verbunden ist. Die Deckscheibe 8 des Laufrads 3 weist eine innere Öffnung auf, in welche die Einströmdüse 5 hineinragt. Im Betrieb des Ventilators wird das Fördermedium von der Düsenplatte 2 her in die Einströmdüse 5 eingesaugt, strömt ins Laufrad 3 und wird von den Flügeln 9 infolge deren Rotationsbewegung radial nach außen gefördert. Die Düsenplatte 2 hat im Ausführungsbeispiel eine etwa rechteckige, hier quadratische Außenkontur, und am radial äußeren Rand ist eine Umkantung 6 ausgebildet, welche zur Abströmseite, also zum Laufrad 3 hin, gerichtet ist. Des Weiteren sind an der Düsenplatte 2 Befestigungsvorkehrungen 30 zur Befestigung der Düsenplatte 2 bzw. des gesamten Ventilators 1 an einem übergeordneten System, beispielsweise einem Klimakastengerät, einer Lüftungsanlage oder einem Kühlgerät, ausgebildet.
2 zeigt, in einem Schnitt an einer Ebene durch die Ventilatorachse von der Seite gesehen, den Ventilator 1 gemäß 1, wobei der Motor 4 mit Stator 12 und Rotor 11 nicht geschnitten dargestellt ist. Der überkrümmte Außenbereich 7 der Deckscheibe 8 des Laufrades 3 ist gut zu erkennen, ebenso wie die Umkantung 6 im Außenbereich der Düsenplatte 2.
Die Tragstreben 19 der Aufhängung 13 sind mittels Befestigungen 27 an der Düsenplatte 2 befestigt, vorteilhaft geschraubt. Die Tragplatte 20 der Aufhängung 13 ist mit dem Stator 12 des Motors 4 mit Befestigungen 15 befestigt, vorteilhaft ebenfalls geschraubt. Am Rotor 11 des Motors 4 ist das Laufrad 3 drehfest mit Befestigungen 16 verbunden, vorteilhaft geschraubt. Die Einströmdüse 5 ist an der Düsenplatte 2 mit Befestigungen 14 befestigt. Bei anderen Ausführungsformen kann sie auch integral als ein Bauteil mit der Düsenplatte 2 gefertigt sein. Die Einströmdüse 5 ragt in eine innere Öffnung, welche die Deckscheibe 8 des Laufrads 3 hat.
Bei Betrieb des Ventilators strömt das Fördermedium von des Saugseite her, in der Abbildung gemäß 2 von links, in die Einströmdüse 5, von wo es in das Laufrad 3 gelangt und dann vom Laufrad 3 durch dessen Drehbewegung radial nach außen gefördert wird, ehe es am Austritt 29 des Laufrads 3, welcher sich zwischen den radial äußeren Rändern der Deckscheibe 8 und der Bodenscheibe 10 erstreckt, vom Ventilator 1 abströmt.
Zwischen Einströmdüse 5 und Deckscheibe 8 des Laufrads 3 ist, im Überlappungsbereich, ein Radialspalt 28 ausgebildet, durch welchen eine sekundäre Strömung in das Laufrad 3 eintritt, die von der Abströmseite des Laufrads 3 stammt und somit das höhere Druckniveau der Abströmseite aufweist. Diese sekundäre Strömung ist wesentlich für hohe Wirkungsgrade und niedrige Schallwerte des Ventilators, da sie eine stabilisierende Wirkung auf die Strömungsverhältnisse im Laufrad 3 hat.
Abströmseitig interagiert die deckscheibennah ausströmende Strömung, aufgrund der der stark überkrümmten Deckscheibe 8 im Überkrümmungsbereich 7, mit der Düsenplatte 2, insbesondere an deren Umkantung 6. Dadurch können gezielt vorteilhafte Effekte erzielt werden. Einerseits wird die Sekundärströmung selbst beeinflusst, insbesondere wird deren Drall reduziert, andererseits kann das Verhalten der gesamten am Austritt 29 aus dem Laufrad 3 ausströmenden Strömung maßgeblich beeinflusst werden. Auf diese Weise können, zumindest für einen Bereich an Betriebspunkten des Ventilators, Verbesserungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und/oder der Schallemission erzielt werden.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs aus 2, mit zusätzlich schematisch eingezeichneten Abmessungen. Es handelt sich um den erfindungswesentlichen Bereich nahe der Umkantung 6 der Düsenplatte 2 sowie nahe des Außenrandes der Deckscheibe 8 des Laufrads 3 mit ihrem Überkrümmungsbereich 7. Die innere, den Flügeln 9 zugewandte, strömungsführende Kontur der Deckscheibe 8 hat im Schnitt gemäß 3 gesehen, am radial äußeren Ende der Deckscheibe 8 am Laufradaustritt eine Austrittsrichtung 33, welche, die im Schnitt gesehen gerade, gedachte tangentiale Verlängerung an die Deckscheibe ist. Je nach Ausführungsform kann diese Austrittsrichtung 33 über den Umfang der Deckscheibe variabel sein, dann ist eine gemittelte Austrittsrichtung maßgeblich. Die Austrittsrichtung 33 an der Deckscheibe 8 ist im Ausführungsbeispiel vorteilhaft deutlich über die Radialrichtung 32 hinausgehend rückwärts geneigt und weist, in Ausströmungsrichtung gesehen, hin zur Düsenplatte 2, also sozusagen rückwärts gerichtet hinsichtlich der Hauptdurchströmungsrichtung des Laufrades 3 von links nach rechts in der gezeigten Ansicht.
Vorteilhaft weist diese Austrittsrichtung 33 am äußeren Ende der Deckscheibe 8 bzw. deren Überkrümmungsbereich 7 einen Winkel α 26, gemessen zur Radialrichtung 32, von mehr als 35°, vorteilhaft mehr als 45° auf. Dadurch wird die deckscheibennahe Abströmung aus dem Laufrad hin zur Düsenplatte 2 bzw. zu deren Umkantung 6 umgelenkt.
Vorteilhaft schneidet sich, in einem Schnitt durch die Ventilatorachse gesehen, die gedachte Verlängerung der Deckscheibe 8 bzw. deren Überkrümmungsbereich 7 in Form der (mittleren) Austrittsrichtung 33 mit der Düsenplatte 2 oder deren äußerer Umkantung 6. Weiter vorteilhaft schneidet sich die mittlere Austrittsrichtung 33 mit der Düsenplatte 2 bzw. deren äußerer Umkantung 6 über den gesamten, eher eckigen Umfang der Düsenplatte 2, zumindest aber über einen großen Bereich des Umfangs von mehr als 95%. Dadurch wird die vorteilhafte Interaktion der aus dem Laufrad 3 ausströmenden Strömung mit der Düsenplatte 2 bzw. deren äußerer Umkantung 6 gewährleistet.
Es wurde festgestellt, dass druckseitige, radial begrenzende, gegebenenfalls nicht bezüglich der Achse als Rotationskörper ausgeführte Einbaubedingungen (Wände) die Kennlinie eines für solche Einbauumgebungen optimierten Radialventilators gegenüber einer druckseitig ungestörten Einbaubedingung stabilisieren können. Durch die beschriebene Maßnahme kann eine solche druckseitige Stabilisierung selbst im eigentlich druckseitig ungestörten Einbau, bzw. nur in Axialrichtung begrenzenden Einbau, erreicht werden, sodass das für radial begrenzte druckseitige Einbaubedingung optimierte Ventilatorlaufrad auch in den anderen Einbaubedingungen hervorragende Wirkungsgrad- und Akustikwerte hat.
In 3 sind einige charakteristische Axialerstreckungs-Maße für den Ventilator eingezeichnet, so wie beispielsweise der axiale Abstand a 25 des Strömungsaustrittes an der Deckscheibe 8 zum offenen Ende der Umkantung 6 der Düsenplatte 2, die axiale Höhe b 24 der Umkantung 6 der Düsenplatte 2 oder die axiale Erstreckung c 23 der Einströmdüse 5. Zusätzlich sind einige charakteristischen Maße in Radialrichtung eingezeichnet, wie der Austrittsdurchmesser D_D 22 der Einströmdüse 5, der Austrittsdurchmesser D_L 18 des Laufrades 3 am äußeren Rand der Deckscheibe 8 sowie eine Breite w 17 der Düsenplatte 2, welche die kleinste Seitenlänge einer eher rechteckigen Kontur der Düsenplatte 2 darstellen soll. Die Durchmesser sind bezüglich der Ventilatorachse gemessen.
Vorteilhaft ist ein großes Düsenverhältnis D_D/D_L > 70%, vorteilhaft > 75%, um hohe Volumenströme zu erreichen und um die Gestaltung einer axial kompakten Einströmdüse 5 mit einer sehr niedrigen axialen Erstreckung c 23 zu ermöglichen. Die axiale Bauhöhe c 23 der Einströmdüse 5 hat dann im Verhältnis zum Außendurchmesser D_L 18 ein Verhältnis c/D_L < 12%. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil dann, in Kombination mit einer gewissen axialen Höhe b 24 der Umkantung 6 der Düsenplatte 2, ein geringer axialer Abstand a 24 der Ausströmfläche aus dem Laufrad 3 an der Deckscheibenkontur zum äußeren Rand der Umkantung 6 erreicht werden kann, um die gewünschte Strömungsinteraktion zu begünstigen. Vorteilhaft ist ein Verhältnis a/D_L nicht größer als 20%. Weiter vorteilhaft ist in diesem Sinne a < w-D_L oder a < (w-D_L)*tan(α). Um eine Wirksame Interaktion der aus dem Laufrad 3 austretenden Strömung mit der äußeren Umkantung 6 der Düsenplatte zu erreichen, ist eine gewisse minimale Höhe b 24 der Umkantung 6 vorteilhaft, insbesondere ist das Verhältnis b/D_L zum Durchmesser D_L 13 des Laufrades 3 an seiner Deckscheibe 8 größer oder gleich als 2%, weiter vorteilhaft >= 3%.
In 4 ist in einer Ansicht von der Zuströmseite aus gesehen der Ventilator 1 gemäß 1, 2 und 4 dargestellt. Man erkennt innerhalb der Einströmdüse 5 vom Laufrad 3 die Bodenscheibe 10 und Teile der Flügel 9 sowie den Rotor 11 des Motors 4, an dem das Laufrad mit Befestigungen 16 befestigt ist. Die Flügel 9 haben dreidimensionale Gestalt und man erkennt in der Ansicht einen großen Teil der konkav gekrümmten Saugseite der Flügel 9. In dieser Ansicht ist auch die rechteckige, hier sogar quadratische Außenkontur der Düsenplatte 2 bzw. deren äußeren Randes zu erkennen, an welchem auch die Umkantung 6 zu erkennen ist. Des Weiteren sind sowohl die Befestigungen 27, mit denen Tragstreben (19) an der Düsenplatte 2 befestigt sind, als auch Befestigungsvorkehrungen 30, mit denen der Ventilator 1 an einem übergeordneten System befestigt werden kann, zu erkennen.
In 5 ist in einer Ansicht von der Abströmseite aus gesehen der Ventilator 1 gemäß den 1 bis 4 dargestellt. Man erkennt den Stator 12 des Motors 4 mit dem daran integrierten Elektroniktopf 21. Der Stator 12 ist an der Aufhängung 13 bzw. deren Motortragblech 20 mit Befestigungen 15 befestigt. Man erkennt vom Laufrad 3 die Bodenscheibe 10 sowie die Deckscheibe 8, da letztere einen größeren Außendurchmesser hat als erstere. Eine solche Ausführungsform eignet sich besonders für eine Einbaubedingung, bei der die Strömung nach dem Ventilator eher axial weiterströmt, also einer stromab des Ventilatorlaufrades radial begrenzenden Einbausituation. Vorteilhaft liegt das Verhältnis des Außendurchmessers der Bodenscheibe 10 zum Außendurchmesser der Deckscheibe 8 etwa zwischen 85% und 95%. Von den im Ausführungsbeispiel 6 Flügeln 9 sind Bereiche nahe deren Hinterkante zu erkennen. Sie erstrecken sich an der Deckscheibe 8 bis auf allenfalls wenige Millimeter nahezu oder ganz bis zu deren Außendurchmesser, wodurch die Strömungsführung entlang der überkrümmten Kontur der Deckscheibe 8 an ihrem überkrümmten Außenbereich 7 begünstigt wird.
Die Aufhängung 13 besteht aus Tragstreben 19, welche im Ausführungsbeispiel eher runden Querschnitt haben sowie einem Motortragblech 20. Auch andere Arten einer Motoraufhängung sind denkbar, beispielsweise im Wesentlichen aus Flachmaterial bestehend.
6 ist eine schematische, perspektivische Darstellung eines durch Simulation errechneten Strömungsbildes im Austrittsbereich eines Ventilators wie beispielsweise demjenigen aus den 1 bis 5 an einem ersten Betriebspunkt, der durch eher niedrigen Fördervolumenstrom, bezogen auf Drehzahl, Laufraddurchmesser und Austrittsfläche, gekennzeichnet ist. Man erkennt vom Laufrad 3 die Deckscheibe 8 mit dem überkrümmten Außenbereich 7 und eine Strömungsaustrittsfläche 29. Weiterhin kann man die Düsenplatte 2 mit Einströmdüse 5 und Umkantung 6 erkennen. Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass der Ventilator nur unvollständig dargestellt ist. Der aus dem Laufrad austretende Hauptfördervolumenstrom ist, wie an den auf einer Schnittebene durch die Ventilatorachse dargestellten, projizierten Stromlinien 31 erkennbar ist, in seiner Gesamtheit hin zur Düsenplatte 2 bzw. deren gedachter radialer Verlängerung geneigt.
Maßgeblich ist, dass ein nahe der Deckscheibe 8 am überkrümmten Bereich 7 austretender Luftstrom mit der Umkantung 6 der Düsenplatte 2 interagiert. Dies kann den Verlauf des Hauptfördervolumenstroms stromab des Laufradaustritts 29 und/oder die Strömungsverhältnisse im Rezirkulationsgebiet (insbesondere durch Drallreduktion) zwischen Düsenplatte 2 und Deckscheibe 8 positiv beeinflussen. Die wichtige Sekundärströmung zwischen Einströmdüse 5 und Deckscheibe 8 (siehe auch Beschreibung zu 3) wird durch die Strömungsverhältnisse in diesem Rezirkulationsgebiet maßgeblich beeinflusst.
Die Darstellung in 6 soll nur beispielhaft zeigen, wie eine Interaktion zwischen dem aus einem Laufrad 3 austretenden Luftstrom aufgrund des überkrümmten Bereichs mit der Umkantung 6 der Düsenplatte 2 stattfinden kann. Sie beruht auf einer Simulation. Die dargestellten Stromlinien 31 beruhen auf jeweils lokalen Geschwindigkeitsvektoren, die auf die gezeigte Stromlinienebene projiziert sind.
7 ist, vergleichbar zu 6, eine schematische, perspektivische Darstellung eines durch Simulation errechneten Strömungsbildes im Austrittsbereich eines Ventilators wie beispielsweise demjenigen aus den 1 bis 5 an einem zweiten Betriebspunkt, der durch eher höheren Fördervolumenstrom, bezogen auf Drehzahl, Laufraddurchmesser und Austrittsfläche, gekennzeichnet ist. Man erkennt vom Laufrad 3 die Deckscheibe 8 mit dem überkrümmten Außenbereich 7 und eine Strömungsaustrittsfläche 29. Weiterhin kann man die Düsenplatte 2 mit Einströmdüse 5 und Umkantung 6 erkennen. Der aus dem Laufrad austretende Hauptfördervolumenstrom ist, wie an den Stromlinien 31 erkennbar ist, weg von der Düsenplatte 2 gerichtet und strömt, im Schnitt gesehen, in eine Richtung schräg weg von der Düsenplatte 2 bzw. deren gedachter radialer Verlängerung.
Maßgeblich ist auch hier, dass ein nahe der Deckscheibe 8 am überkrümmten Bereich 7 austretende Luftstrom mit der Düsenplatte 2 bzw. deren Umkantung 6 interagiert. Dies kann den Verlauf des Hauptluftstroms und/oder die Strömungsverhältnisse im Rezirkulationsgebiet zwischen Düsenplatte 2 und Deckscheibe 8 (insbesondere durch Drallreduktion) positiv beeinflussen. Die wichtige Sekundärströmung zwischen Einströmdüse 5 und Deckscheibe 8 (siehe auch Beschreibung zu 3) wird durch die Strömungsverhältnisse in diesem Rezirkulationsgebiet maßgeblich beeinflusst.
Die Darstellung in 7 soll nur beispielhaft zeigen, wie eine Interaktion zwischen aus einem Laufrad 3 austretendem Luftstrom aufgrund des überkrümmten Bereichs mit der Umkantung 6 der Düsenplatte 2 stattfinden kann. Sie beruht auf einer Simulation. Die dargestellten Stromlinien 31 beruhen auf lokale Geschwindigkeitsvektoren, die auf die gezeigte Stromlinienebene projiziert sind.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventilators wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventilators lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Ventilator
2: Düsenplatte
3: Ventilatorlaufrad
4: Motor
5: Einströmdüse
6: Umkantung der Düsenplatte
7: Überkrümmter Außenbereich der Deckscheibe
8: Deckscheibe eines Laufrades
9: Flügel eines Laufrades
10: Bodenscheibe eines Laufrades
11: Rotor eines Motors
12: Stator eines Motors
13: Aufhängung
14: Befestigung Einströmdüse-Düsenplatte
15: Befestigung des Stators des Motors mit der Aufhängung
16: Befestigung des Laufrads mit dem Rotor des Motors
17: Erstreckung w der Düsenplatte quer zur Ventilatorachse
18: Durchmesser D_L des Laufrades an der Deckscheibe außen
19: Tragstrebe der Aufhängung
20: Motortragblech der Aufhängung
21: Elektroniktopf im Stator des Motors
22: Einströmdüsendurchmesser D_D an deren Abströmrand
23: Axiale Erstreckung c der Einströmdüse
24: Axiale Erstreckung b der Umkantung 6 der Düsenplatte 2
25: Axialer Abstand a des äußeren Randes der Deckscheibe 8 zur Umkantung 6 der Düsenplatte 2
26: Winkel α zwischen dem Austritt der inneren Strömungskontur der Deckscheibe am äußeren Rand zu einer Parallelen der Ventilatorachse, in einem Schnitt an einer Ebene durch die Ventilatorachse gesehen
27: Befestigung der Tragstreben an der Düsenplatte
28: Radialspalt zwischen Einströmdüse 5 und Deckscheibe 8
29: Austrittsfläche aus dem Laufrad 3
30: Befestigungsvorkehrung Düsenplatte an übergeordnetem System
31: Projizierte Stromlinien in einer Schnittebene
32: Radialrichtung
33: Austrittsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017110642 A1 [0002]

Claims

Ventilator (1), insbesondere Radial- oder Diagonalventilator, mit einem Motor (4), einem vom Motor (4) drehangetriebenen Laufrad (3), einer Einlaufdüse (5) und einer sich um die Einlaufdüse (5) herum erstreckenden Düsenplatte (2), wobei das Laufrad (3) im Wesentlichen aus einer Bodenscheibe (10), einer Deckscheibe (8) und mehreren sich dazwischen erstreckenden Flügeln (9) besteht, die Düsenplatte (2) einen zur Druckseite hin umgekanteten Rand aufweist und die Deckscheibe (8) an ihrem Außenrand zur Saugseite hin abgerundet ist, und wobei die Umkantung (6) der Düsenplatte (2) und die Abrundung der Deckscheibe (8) derart geformt und dimensioniert sind, dass die deckscheibennahe Ausströmung aus dem Laufrad (3) mit der Abkantung der Düsenplatte (2) interagiert.
Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilatorachse, der einer Umfangsposition des Laufrads (3) oder der Deckscheibe (8) oder der Düsenplatte (2) zuordenbar ist, die tangentiale Verlängerung der inneren, den Flügeln (9) zugewandten Deckscheibenkontur an ihrem radial äußeren Rand die Düsenplatte (2), inklusive deren Umkantung (6) gesehen, über mindestens 90%, vorzugsweise über 100 % der Umfangspositionen schneidet.
Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung der Deckscheibe (8) im Sinne einer starken Überkrümmung (7) ausgeführt ist,
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kontur der Abrundung und somit des Außenrands der Deckscheibe (8), am äußeren Ende der Deckscheibe (8), im Bereich des Laufradaustritts, der Luftströmung eine Austrittsrichtung vermittelt, die durch eine gerade, tangentiale Verlängerung der Deckscheibe (8) definiert ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Austrittsrichtung über den Umfang der Deckscheibe (8) konstant oder variabel ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Austrittsrichtung hinsichtlich der Hauptdurchströmungsrichtung, hin zur Düsenplatte (2), rückwärtsgerichtet ist.
Ventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Austrittsrichtung am äußeren Ende der Deckscheibe (8), d.h. an deren Überkrümmungsbereich (7), zur Radialrichtung einen Winkel α (26) von mehr als 35°, vorzugsweise mehr als 45°, hat.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die gedachte Verlängerung der Deckscheibe (8), ausgehend von deren Überkrümmungsbereich (7), vorzugsweise über den gesamten Umfang oder über einen großen Bereich des Umfangs von mehr als 95%, mit der Düsenplatte (2) oder deren Umkantung (6) schneidet.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Luft-Austrittsdurchmesser D_D (22) der Einströmdüse (5) zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L (18) des Laufrads (3) am äußeren Rand der Deckscheibe (8) größer/gleich 70%, vorzugsweise größer/gleich 75% ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von axialer Bauhöhe c (23) der Einströmdüse (5) zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L (18) des Laufrads (3) am äußeren Rand der Deckscheibe (8) kleiner/gleich 12% ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des axialen Abstands a (25) zwischen dem Luft-Strömungsaustritt an der Deckscheibe (8) und dem offenen Ende der Umkantung (6) der Düsenplatte (2) zum Luft-Austrittsdurchmesser D_L (18) des Laufrads (3) am äußeren Rand der Deckscheibe (8) kleiner/gleich 20% ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a+b < w-D_L oder a+b < (w-D_L)* tan (α), wobei w = radiale Breite der Düsenplatte (2), die die kleinste Seitenlänge einer eher rechteckigen Kontur der Düsenplatte (2) darstellt, und b = axiale Höhe der äußeren Umkantung (6) der Düsenplatte (2)
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (2) eine rechteckige, vorzugsweise quadratische Außenkontur hat.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (8) einen größeren Außendurchmesser als die Bodenscheibe (10) hat.
Ventilator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers der Bodenscheibe (10) zum Außendurchmesser der Deckscheibe (8) im Bereich von/zwischen 85% und/bis 95% liegt.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe b (24) der äußeren Umkantung (6) der Düsenplatte (2) mindestens 2%, vorteilhaft mindestens 3%, des Außendurchmessers D_L (18) der Deckscheibe (8) des Laufrades (3) am Überkrümmungsbereich (7) beträgt.