DE10323011B4

DE10323011B4 - Lüfter

Info

Publication number: DE10323011B4
Application number: DE2003123011
Authority: DE
Inventors: Olaf Krieg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: DE10323011A1

Abstract

Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) mit radial und/oder radial schräg verlaufenden Flügeln (11), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flügel (11) Ausnehmungen (14) aufweist, die radial und axial oder axial versetzt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen vielflügligen freiblasenden Lüfter mit radial und/oder radial schräg verlaufenden Lüfterflügeln.
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.
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.

Aus der DE 199 41 102 A1 ist ein Gebläserad bekannt insbesondere für Verbrennungsanlagen zum Einbringen und/oder Verwirbeln von Luft in einem Brennraum, mit einer Nabe und einer Anzahl von an der Nabe angebrachten Elementen, wobei die Elemente als starre Speichen im wesentlichen flächig ausgestaltet sind die starr an der Nabe befestigt sind und radiale Aussparungen aufweisen.

Aus der DE 195 00 994 A1 ist ein Laufrad für ein Radialgebläse mit auf einem Tragkörper angeordneten und radial mit Abstand zu seiner Drehachse zueinander beabstandeten Schaufeln bekannt, die auf ihre dem Tragkörper abgewandten Seite von einer Deckscheibe abgedeckt sind, welche am radial äußeren Umfang des Laufrades von einer Gehäusewand unter Bildung eines ringförmigen Spaltes bekannt ist.

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.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter zu schaffen, der sowohl für Links- und Rechtslauf einer elektrischen Maschine geeignet ist, wobei die Strömungsrichtung der Luft mit deren spezifischen Kenndaten innerhalb der Maschine erhalten bleibt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass zumindest ein Flügel Ausnehmungen aufweist, die radial und axial oder axial versetzt angeordnet sind.

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.

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.

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.

In vorteilhafter Weise erstreckt sich wenigstens ein Flügel axial über die Nabe. Damit kann u.a. der Volumendurchsatz des Kühlluftstroms erhöht werden.

Deckscheiben des Lüfterrades, die in Umfangsrichtung verlaufen, dienen der Stabilität und der Führung der Luftströmung.

In vorteilhafter Weise wird ein derartiges Lüfterrad als ein einstückiges Spritzgussteil hergestellt, das im weiteren Anwendungsfall lediglich noch auf die Welle der Maschine aufzustecken und mit einer dementsprechenden Lüfterhaube zu versehen ist.

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:
1 in prinzipieller Darstellung den Kühlkreislauf einer elektrischen Maschine;
2 und 3 das Lüfterrad im Quer- und Längsschnitt.
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 Spritz gussteil, 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.
Dabei befindet sich die Deckscheibe 13 vorzugsweise auf der den Lufteintrittsöffnungen 8 der Haube 4 gegenüberliegenden Seite des Lüfters 10.
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 erzeugt, 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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) mit radial und/oder radial schräg verlaufenden Flügeln (11), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flügel (11) Ausnehmungen (14) aufweist, die radial und axial oder axial versetzt angeordnet sind.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (14) strömungsoptimierte Formen aufweisen.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (11) zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Deckscheibe (13, 13a) aufweisen.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (13, 13a) an einem axialen Ende der Flügel (11) verläuft.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (13, 13a) zumindest einen Teil der Flügelradien überdeckt.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (10) einstückig als Spritzgussteil hergestellt ist.
Vielflügliger freiblasender Lüfter (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Flügel (11) zumindest auf einer Seite des Lüfters (10) axial über die Nabe (12) erstreckt.
Elektrische Maschine (1) mit einem Lüfter (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche