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Die
Erfindung betrifft ein vielflügliges
freiblasendes Lüfter
mit radial und/oder radial schräg
verlaufenden Lüfterflügeln.
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Lüfter dienen
insbesondere der Kühlung elektrischer
Geräte
insbesondere Maschinen, sie werden dabei in der Regel auf der Antriebswelle
der Maschine mit einer Lüfterabdeckhaube
montiert. Die Lüfterdrehzahl
entspricht aufgrund der mechanischen Kopplung mit der Welle der
Drehzahl der elektrischen Maschine. Durch die Rotation des Lüfters und
aufgrund der Tatsache, dass der Lüfter von einer Lüfterhaube
umschlossen ist, bildet sich ein Über- bzw. Unterdruck in der
Haube aus, der zu einem gleichmäßigen Luftvolumenstrom
führen
soll. Der Luftstrom tritt dabei über
eine Eintrittsöffnung
der Haube aufgrund des Unterdrucks ein und zwischen Haube und Gehäuse der
elektrischen Maschine aufgrund des Überdrucks wieder aus. Diese
aufgebaute Druckenergie veranlasst die Luft über Kühlkanäle des Gehäuses zu strömen. Dadurch werden die Energieverluste
der elektrischen Maschine abgeführt.
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Falls
der Lüfter
nur für
eine Drehrichtung ausgelegt werden soll, werden üblicherweise Lüfter wie
Axiallüfter
oder Radiallüfter
mit geschrägten
oder gekrümmten
Flügeln
eingesetzt. Dies hat allerdings den Nachteil, dass nur eine Drehrichtung
für den
Betrieb der elektrischen Maschine vorliegen darf.
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Für den Betrieb
beider Drehrichtungen sind die zuvor aufgeführten Lüfter unter der Voraussetzung
gleicher Kenndaten, wie z.B. Luftdurchsatzmenge, Geräuschentwicklung
etc. je nach Drehrichtung nicht geeignet.
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Der
Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter zu
schaffen, das sowohl für Links-
und Rechtslauf einer elektrischen Maschine geeignet ist, wobei die
Strömungsrich tung
der Luft mit deren spezifischen Kenndaten innerhalb der Maschine
erhalten bleibt.
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Die
Lösung
der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Flügel des
Lüfters
Ausnehmungen aufweisen.
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Damit
werden die Anzahl der Teilsegmente, die jeweils rechtwinklig oder
unter einem vorgegebenen Winkel zur Drehachse im Raum positioniert
sind, erhöht.
Es stellt sich damit ein besserer Lüftungswirkungsgrad ein, ebenso
wie ein höherer
Volumenstrom, bei gleicher oder kleinerer Leistungsaufnahme.
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Gleichzeitig
wird eine effizientere Druckerzeugung erreicht und weniger Luftverwirbelung
im Belüftungssystem
erzeugt. Damit stellt sich eine drallfreie Luftströmung in
den Gehäusekühlkanälen ein,
was zu einer vergleichsweise verbesserten Maschinenentwärmung führt. Dies
führt wiederum
zu einem höheren
Maschinenwirkungsgrad der elektrischen Maschine bei gleichem Luftvolumendurchsatz. Des
Weiteren wird eine gleichmäßig verteilte
Luftströmung über die
jeweiligen Kühlkanäle erzeugt.
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Die
Ausnehmungen sind je nach Drehzahl, Volumenstrom, Druckdifferenz
und Haubenkonstruktion des Lüfters
strömungsmäßig optimierbar;
d.h. sowohl in ihrer axialen als auch radialen Ausdehnung sind diese
Ausnehmungen bei ihrer Herstellung gestaltbar. Derartige Ausnehmungen
können
sich gegebenenfalls auch schräg über die
jeweiligen Flügel ausdehnen.
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In
vorteilhafter Weise erstreckt sich wenigstens ein Flügel axial über die
Nabe. Damit kann u.a. der Volumendurchsatz des Kühlluftstroms erhöht werden.
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Deckscheiben
des Lüfterrades,
die in Umfangsrichtung verlaufen, dienen der Stabilität und der Führung der
Luftströmung.
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In
vorteilhafter Weise wird ein derartiges Lüfterrad als ein einstückiges Spritzgussteil
hergestellt, das im weiteren An wendungsfall lediglich noch auf die
Welle der Maschine aufzustecken und mit einer dementsprechenden
Lüfterhaube
zu versehen ist.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß Merkmalen
der Unteransprüche
werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher
erläutert.
Darin zeigen:
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1 in prinzipieller Darstellung
den Kühlkreislauf
einer elektrischen Maschine
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2 und 3 das Lüfterrad im Quer- und Längsschnitt.
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1 zeigt eine elektrische
Maschine 1 mit einem Gehäuse 2, das auf einer
Stirnseite eine Haube 4 aufweist, die einen Kühlluftstrom 15 in
die Kühlkanäle 3 der
elektrischen Maschine 1 lenkt. Damit werden insbesondere
die Energieverluste eines Rotors 6 und eines Stators 5 über die
Kühlluft
abgeführt. Ein
Lüfter 10 ist
auf einer Welle 7 positioniert, vorteilhafterweise ist
dabei der Lüfter
ein einstückiges Spritzgussteil,
so dass die Nabe 12 des Lüfters 10 lediglich
noch auf der Welle 7 positioniert werden muss. Die Flügel 11 des
Lüfters 10 sind
radial ausgerichtet und werden durch Deckscheiben 13, 13a,
die in Umfangsrichtung verlaufen, zusätzlich mechanisch fixiert.
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Dabei
befindet sich die Deckscheibe 13 vorzugsweise auf der den
Lufteintrittsöffnungen 8 der Haube 4 gegenüberliegenden
Seite des Lüfters 10.
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Die
Flügel 11 weisen
Ausnehmungen 14 auf, die zu einer weiteren Kühlverbesserung
führen.
Dabei können
die Ausnehmungen 14 sich axial über die gesamte Breite des
Flügels 11 erstrecken
und/oder in ihrer jeweiligen Höhe
und Breite je nach Anforderung optimiert werden. Die Haube 4 zeigt
in der von der elektrischen Maschine 1 abgewandten Seite
Lufteintrittsöffnungen 8,
die aufgrund eines Unterdrucks, den der Lüfter 10 er zeugt, einen
Kühlluftstrom 15 verursacht,
der u.a. durch die Haube 4 derart geführt wird, dass die Luftströmung über Luftaustrittsöffnungen
in die Kühlkanäle 3 der
elektrischen Maschine 1 mündet.
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2 zeigt einen teilweisen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Lüfterrads,
das die Nabe 12 und die Deckscheiben 13, 13a zeigt.
Dabei sind die Ausnehmungen 14 prinzipiell dargestellt.
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In 3 ist ein Flügel 11 des
Lüfters 10 dargestellt,
wobei sowohl auf der einen Seite als auch auf der anderen Seite
der Flügel 11 von
Deckscheiben 13, 13a umgeben ist. Die Deckscheiben
müssen nicht
notwendigerweise den gesamten Radius der Flügel 11 umgeben, so
ist die Deckscheibe 13a lediglich im radial äußeren Bereich
der Flügel 11 angeordnet.
Damit wird u.a. der Lufteintritt über die Haube 4 in
den Lüfter 10 erleichtert.
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Zur
Fixierung der Flügel 11 ist
lediglich eine der Deckscheiben 13, 13a notwendig,
aus strömungsmechanischen
Gesichtspunkten wird normalerweise dies die Deckscheibe 13 sein.
Die Flügel 11 können außerdem noch
an der Nabe 12 fixiert sein, z.B. indem sie an die Nabe 12 angegossen
sind.
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Der
von dem erfindungsgemäßen Lüfter 10 erzeugte
Kühlluftstrom 15 kann
nicht nur dazu verwendet werden, die elektrische Maschine 1 zu
kühlen,
er kann auch dazu verwendet werden an die Maschine 1 angebauten
Elemente 20, wie z.B. Klemmenkasten, Umrichter oder andere
elektronischen Geräte
zu kühlen.
Dies geschieht, indem zumindest ein Teil des Kühlmittelstroms 15 auf
und/oder in die jeweiligen Gehäuseteile
z.B. über Öffnungen 21 in der
Haube 4 gelenkt wird.
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Der
erfindungsgemäße Lüfter 10 weist
somit für
jede Drehrichtung die gleichen Kenndaten auf. Er ist somit insbesondere
bei elektrischen Maschinen 1 einsetzbar, die sowohl für Rechts-
und Linkslauf ausgelegt sind. Dabei liegt jeweils die gleiche Strömungsrichtung
der Luft bei identischer Kühlwirkung vor.