DE1613353A1

DE1613353A1 - Ventilator mit einem elektrischen Antriebsmotor

Info

Publication number: DE1613353A1
Application number: DE19671613353
Authority: DE
Inventors: Wilson Donald S
Original assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Current assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Priority date: 1966-03-30
Filing date: 1967-03-30
Publication date: 1970-05-21
Also published as: FR1517244A; GB1113850A; NL130057C; NL6704278A; US3449605A

Description

5625-67;Dr.Sd/Ro.
(US-Ser.No. 5^8 686;
filed 30. März I966)

Rotron Manufacturing Company, Inc., Woodstock, New York, USA

Ventilator mit einem elektrischen Antriebsmotor.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Kühlung, eines Elektromotors, der einen Ventilator antreibt und im einzelnen auf eine Ventilatorkonstruktion, bei welcher der Luftstrom und der von dem Ventilator erzeugte Druck zusätzliche Luftströme zur Kühlung des Motors erzeugt, ohne besondere zur Förderung dieser letzteren Luftströme dienende Elemente notwendig zu machen.

Es ist bekannt, daß bei der Zunahme der Belastung eines Elektromotors die erzeugte Wärme ebenfalls ansteigt. Die damit verbundene Erwärmung der Wicklungen kann, wenn diese Wärme nicht abgeführt wird, die Lebensdauer des Motors erheblich verkürzen. Bei Ventilatoren kann der Anstieg des Austrittsdruckes, der von Strömungshindernissen im Hauptluftstrom herrührt, den Antriebsmotor erheblich belasten und eine zusätzliche Erwärmung zur Folge haben. Es ist erwünscht, zur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit im Betrieb, diese zusätzliche

009821/0924

Wärme vom Motor abzuführen und vorzugsweise auch die Kühlung des Motors mit der Belastung zu verändern, so daß jeder Zeit eine geeignete Betriebstemperatur aufrechterhalten wird.

Viele bekannte Ventilatoren sind so gebaut, daß die Motorbelastung mit zunehmendem Austrittsdruck abnimmt. Wenn dabei der Motor in dem vom Ventilator erzeugten Hauptluftstrom angebracht ist, ist eine angemessene Kühlung trotz des bei zunehmendem Austrittsdruck vermindertem Luftstrom vorhanden. Eine andere weit verbreitete Ventilatorbauart bringt jedoch Probleme mit sich, die nicht so leicht lösbar sind. Bei denjenigen Ventilatorkonstruktionen nämlich, bei denen die VentHatorflügel von einer umlaufenden Nabe ausgehen, welche den ganzen oder einen Teil des Motors umschließt, um die axiale Länge des ganzen Aggregates klein zu halten, liegt naturgemäß der Motor außerhalb des Hauptluft stromes oder wird nur von einem kleinen Teil dieses Luftstromes gekühlt und es wird daher zur Kühlung praktisch von dem Hauptluftstrom kein Gebrauch gemacht. Wenn die Kennlinie des Ventilators so verläuft, daß die Motorbelastung zunimmt, wenn der Austrittsluftstrom des Ventilators behindert wird, so wird das Problem noch schwieriger.

Bei Ventilatorbauarten der letzteren Art ist es bekannt, einen Luftstromweg durch den Motor hindurch mittels eines Hilfspropellers zu erzeugen, der entweder von dem Motor selbst oder von einem Hilfsmotor von verhältnismäßig kleiner Leistung angetrieben werden kann. Derartige Konstruktionen sind zwar bei großen

009821/0924

Motoren vorteilhaft, bei denen genügend Raum für den zusätzlichen Propeller oder dgl. vorhanden ist, sind jedoch für kleinere Ventilatoren, für welche nicht viel Platz zur Verfügung steht und für welche eine billige Konstruktion gefunden werden muß, nicht zu empfehlen. Außerdem vermindert die zusätzliche Leistung zum Antrieb des Kühlluft propellers den Qesaintwirkungsgrad des Ventilators in einer bei kleinen Ventilatoren und nur geringer zur Verfugung stehender Leistung unzulässigen Weise.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, eine Konstruktion zur Kühlung des Motors eines Ventilators anzugeben, welche die bisher bekannten Nachteile vermeidet.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Kühleinrichtung für einen Ventilatorantriebsmotor anzugeben, welche nur denjenigen Luftstrom und denjenigen Druckunterschied benutzt, den das HauptflugeIrad selbst erzeugt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Kühleinrichtung anzugeben, bei welcher die Kühlwirkung mit der Belastung des Ventilators variiert um dadurch eine bessere Kühlung zu erzielen.

Schließlich besteht noch ein Zweck der Erfindung darin, eine Kühleinrichtung anzugeben, bei welcher beide Stirnseiten des Motors getrennt gekühlt werden um dadurch insgesamt eine bessere Motorkühlung zu erreichen, ohne zusätzliche Flügelräder oder dgl. anbringen zu müssen.

009821/092A

Kurz gesagt, soll gemäß der Erfindung der Antriebsmotor des Ventilators in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse angebracht werden, das an beiden Enden geschlossen und mit öffnungen in jedem Lagerdeckel versehen ist und das außerdem an der Zylinderfläche öffnungen in der Nähe jedes Lagerdeckels besitzt. Die Ventilatorflügel sind an einer becherförmigen Nabe befestigt, welche das an der Austrittsseite des Hauptluftstromes befindliche Gehäuseende umschließt und welche an der aus dem entsprechenden Lagerdeckel austretenden Welle befestigt ist. Die Abschlußwand der Nabe trägt öffnungen zum Eintritt der Kühlluft in das Motorgehäuse.

Auf der anderen Motorseite befindet sich ein becherförmiger Tragkörper, dessen Grundfläche mit öffnungen zum Eintritt der Kühlluft ausgerüstet ist. Die Wand dieses Tragkörpers umschließt einen Teil der Länge des zylindrischen Gehäuses, weist jedoch an der Stelle der in diesem zylindrischen Gehäuse befindlichen öffnungen einen gewissen Abstand auf. Es entsteht also ein ringförmiger Luftspalt, der das Motorgehäuse umgibt und in dem ein gegenüber dem Außendruck kleinerer Druck entsteht. Dadurch wird ein Luftstrom durch die im Boden des becherförmigen Tragkörpers befindlichen öffnungen hervorgerufen, der durch den erwähnten Ringkanal zwischen dem Gehäusezylinder und den Wänden des becherförmigen Tragkörpers wieder austritt.

Gleichzeitig erzeugt der Hauptluftstrom des Ventilators auch einen Luftstrom durch das Motorgehäuse, welcher entgegen-

0 09821/0924

gesetzt dem Hauptluftstrom verläuft. Dieser, letztere Kühlluftstrom tritt in die öffnungen in der Stirnwand der Nabe ein» passiert die öffnungen in der zugehörigen Stirnfläche des Gehäuses und tritt dann in den Hauptluftstrom durch die im zylindrischen Teil des Gehäuses befindlichen öffnungen ein.

Es werden somit zwei Kühlluftströme erzeugt, so daß jedes Motorende ohne Erzeugung eines hohen Druckabfalles innerhalb des Motors gekühlt wird und der Hauptluftstrom also nicht gestört wird. Da der Druckabfall am Flügelrad des "Ventilators mit zunehmender Belastung ansteigt, nimmt auch der Kühlluftstrom zu, so daß also bei zunehmender Erwärmung des Motors auch selbsttätig stärker gekühlt wird.

Die gesamte Ventilatorkonstruktion kann in eine rohrförmige Leitung durch speichenartige Befestigungselemente montiert werden, welche an dem Aggregat an der Eintrittsseite des Hauptluftstromes angreifen,

An Hand der Zeichnung wird nunmehr eine AusfUhrungsform der Erfindung beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Aggregates, die teilweise im Längsschnitt dargestellt ist und die verschiedenen Luftwege zeigt. Die Schnittebene der Fig. 1 verläuft längs der abgewinkelten Ebene 1-1 in Fig. 2.

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Aggregates von der Eintritt sseite des Hauptluftstromes gesehen und es sind in FIg, 2

OQ9&21/Q924

-D-

ebenfalls gewisse Teile weggebrochen, um die entsprechende Stirnfläche des Motors sichtbar zu machen.

Pig. 5 zeigt eine Stirnansicht des Aggregates von der anderen Stirnseite aus, wobei in ähnlicher Weise ebenfalls wieder ein Teil der Stirnfläche des Motorgehäuses weggebrochen ist.

Der in Fig. 1 im ganzen mit 10 bezeichnete Motor enthält ein büchsenförmiges äußeres Gehäuse 12, das aus einem zylindrischen Teil 14 und zwei Stirnscheiben 16 und 18 besteht. Die Stirnscheibe 16 befindet sich an der Eintrittsstelle des Hauptluftstromes und die Stirnscheibe 18 auf der entgegengesetzten Seite.

Die Stirnscheibe 16 ist mit einer oder mehreren Öffnungen l6a (Fig. 2) versehen und die Stirnscheibe 18 enthält ähnlich geformte Öffnungen 18a (Fig. 3). Der zylindrische Teil 14 enthält zwei Reihen von längs des Umfangs verteilten Öffnungen, nämlich die Öffnungsreihe 14a in der Nähe der Stirnscheibe 16 und die Öffnungsreihe 14b in der Nähe der Stirnscheibe 18,

Der Motor ist in einem becherförmigen Tragkörper 20 montiert, der aus einer Grundplatte 22 und einer zylindrischen Wand 24 besteht. Eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 26 dienen zur Befestigung der Stirnscheibe 16 an der Grundplatte 22.

Die Innenfläche der Grundplatte 22 soll vorzugsweise einen endlichen Abstand von der Stirnscheibe l6 besitzen, wobei ledig-, lieh an der Stelle der Schraubenbolzen 26 die Grundplatte eine größere Dicke hat. In der Grundplatte 22 sind außerdem Öffnungen

009821/0924

28 zum Eintritt von Kühlluft in die Öffnungen l6a vorgesehen..

Die Innenfläche der Zylinderwand 24 umschließt den zylindrischen Teil 14 über einen kleinen Teil seiner axialen Länge und reicht bis fast an die Öffnungsreihe l4a heran. Es besteht also ein radialer Zwischenraum außerhalb der Öffnungsreihe 14a, so daß diese Öffnungsreihe von einem Ringraum umschlossen wird.

Auf der andern Seite des Motors befindet sich eine Welle 30, an welcher eine Nabe 52 für das Flügelrad befestigt ist. Der Nabenkörper besteht aus einer Stirnwand 54 und aus einer zylindrischen Wand 56. An dieser zylindrischen Wand sind eine Anzahl von VentilatorflugeIn 59 befestigt und bei Drehung in Richtung der in Fig. 2 und 3 eingezeichneten Pfeile wird ein Luftstrom in Richtung der Pfeile M in Fig. 1 erzeugt. Die Nabe 32 ist auf der Welle 30 mit Hilfe eines Ringes 33 montiert, welche mit der Stirnwand 34 vernietet ist und eine Bohrung zum Eintritt der Welle besitzt. Die Nabe ist auf der Welle durch Schrauben oder dgl. starr befestigt.

Die Stirnwand 34 der Nabe ist außerdem mit einer Reihe von öffnungen 38 (Fig. 3) versehen, durch welche Luft in die öffnungen l8a des- Motorgehäuses 12 eintreten kann. Wie in der Zeichnung veranschaulicht können die öffnungen 38 in der Drehrichtung der Nabe abgeschrägt werden, um den Eintritt der Kühlluft in das Motorgehäuse zu erleichtern.

009821/0924

ι υ ι «j ο ο - 8 -

Die Zylinderwand 36 umschließt in ihrem der Stirnwand 34 benachbarten Teil das Gehäuse 14 sehr eng, erlaubt jedoch eine freie Drehung der Nabe gegenüber diesem Zylindergehause und erlaubt im übrigen einen freien Eintritt der Kühlluft in die Stirnscheibe 18.

In demjenigen Teil dieser Zylinderwand J>6, die den öffnungen 14b gegenüber liegt, ist ein größerer radialer Abstand vom Zylinder 14 vorhanden, so daß durch die öffnungen 14b die Kühlluft in den Hauptluftstrom eintreten kann. Das Rohr, in welchem das Ventilatoraggregat befestigt ist, ist mit 40 bezeichnet. Bei der Ausführungsform nach Pig. I besitzt dieses Rohr 40 zwei rechtwinklige kreisförmige Schienen 42, die mit dem Tragkörper über eine Reihe von Speichen 44 (Pig. 2) verbunden sind. Gemäß Fig. können diese Speichen beispielsweise durch Niete 46 mit den Schienen 42 verbunden werden. Eine der Speichen 44 kann außerdem einen Kanal zur Aufnahme der Zuleitungen des Motors besitzen. Das Rohr 40 und seine Befestigung an den Speichen ist ebenfalls nur als ein Ausführungsbeispiel zu betrachten.

Im Betrieb wird ein Hauptluftstrom M zwischen der Innenfläche des Rohres 40 und der Außenfläche des Motors erzeugt. Da dieser Luftstrom durch diejenige Einrichtung, welche durch den Ventilator gekühlt werden soll, gebremst wird, nimmt der Austrittsdruck P₂^ zu. Mit zunehmendem Druck wird der Motor stärker belastet und seine Erwärmung daher erhöht.

00982 1/0924

Bei unbehinderter Luftströmung öder minimalem Austrittsdruck erzeugt der an der zylindrischen Außenfläche der Wand 24 des becherförmigen Tragkörpers 20 vorbeistreichende Luftstrom einen niedrigen Druck P₂ wegen des Venturieffektes, der an dieser Stelle auftritt. Hierdurch wird eine Druckdifferenz zwischen den Stellen P₁ und P₂ hervorgerufen und daher ein kühlender Luftstrom durch die öffnungen 28, die Öffnungen l6a im Motorgehäuse und durch die öffnungen l4a hervorgerufen. Der Druck P., an der Austrittsstelle des Kühlluftstromes aus den Öffnungen 3.4b im Motorgehäuse ist kleiner als der Druck Pu, Daher verläuft ein Kühlluftstrom vom rechten Ende des Motors in Fig. 1 über die öffnungen 38 (Fig.- 3) in der Ventilatornabe, die öffnungen l8a in der rechten Stirnscheibe des Motorgehäuses und tritt über die öffnungen l4b im Motorgehäusemantel 14 in den Hauptluftstrom ein. Der Motor wird also durch die von beiden Seiten in ihn eintretenden Luftströme gekühlt.

Wenn der Hauptluftstrom hinter dem Flügelrad in ein Gebiet erhöhten Druckes eintritt, nehmen die Drucke P₂ und P, zu und nähern sich dem Druck P, an. Hierdurch wird der in Fig. 1 von links in den Motor eintretende Kühlluftstrom vermindert. Gleichzeitig nimmt jedoch der Druck bei P^ stärker als bei P, zu. Der somit zwischen P₂, und P, auftretende höhere Differenzdruck verstärkt den in Fig. 1 von rechts in den Motor eintretenden Luftstrom. Ferner erzeugt der höhere Druck bei Ph einen Kühlluftstrom, der praktisch das ganze Gehäuse des Motors durchsetzt und an den

0 098 21/0924

öffnungen l4a austritt. Die Verminderung der Motorkühlung durch den in Fig. 1 von links in das Motorgehäuse eintretenden Luftstrom wird daher durch einen stärkeren von rechts in das Motorgehäuse eintretenden Luftstrom kompensiert.

Bei zunehmender Motorbelastung nimmt also der Druck bei P₂, und die Menge der den Motor durchströmenden Luft zu, so daß also eine annähernd konstante Motortemperatur selbsttätig in dem ganzen Arbeitsbereich des Ventilators aufrechterhalten wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, findet also eine befriedigende Kühlung des Motors statt, ohne daß spezielle Bauelemente wie Hilfsflügelräder oder dgl. erforderlich wären. Außerdem wird der Motor in Fig. 1 durch einen von links und einen von rechts in das Motorgehäuse eintretenden Luftstrom gekühlt. Es treten also auch keine großen Druckunterschiede innerhalb des Motors auf. Dies wird alles mit Hilfe einer einfachen und billigen Ventilatorkonstruktion, die nur wenig Raum einnimmt und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, erzielt.

009821/0924

Claims

Patentansprüche

^J Ventilator mit einem elektrischen Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet , daß das Motorgehäuse (14, 16, 18) an beiden Stirnseiten (16, 18) öffnungen (l6a, l8a) und in seinem zylindrischen Außenmantel (14) öffnungen (14a, 14b) besitzt, durch welche hindurch der vom Flügelrad (39) erzeugte Hauptluftstrom je einen den Motor kühlenden Luftstrom erzeugt.
2.) Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor an seinem einen Ende in einen becherförmigen Tragkörper (20) hineinreicht, daß sich die Becherwand (24) über einen Teil der axialen Länge des zylindrischen Motorgehäuses erstreckt und von den an diesem Ende des Motors befindlichen öffnungen (l4a) im zylinderförmigen Motorgehäusemantel einen Abstand besitzt, so daß ein Kreisringraum außerhalb des Motorgehäusemantels entsteht, über welchen die aus den öffnungen (l4a) austretende Luft in den Hauptluftstrom eintreten kann.
3.) Ventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wellenstumpf auf der anderen Seite des Motors mittels einer Nabe (34) das Flügelrad befestigt ist und daß die Nabe einen an ihr angebrachten zylindrischen Ansatz 36 aufweist, die an der den öffnungen (14b) an diesem Motorende gegenüberliegenden Stelle einen Ringraum, welcher das zylindrische

0098 21/0924

Motorgehäuse (l4) umschließt, bildet, über welchen die an dieser Stirnseite in das Motorgehäuse eingesaugte Kühlluft in den Hauptluft strom eintreten kann.
4.) Ventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit wenigstens einer Öffnung (l8a) versehen ist.
5.) Ventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilator mit seinem Antriebsmotor innerhalb eines konzentrisch zu der Motorachse verlaufenden Rohres (4o) befindet.

00982 1 /0924