EP1458982B1

EP1458982B1 - Lüftervorrichtung

Info

Publication number: EP1458982B1
Application number: EP02805296A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Rückert; Dietrich Schmid; Dieter Rosmann
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: WO2003054395A1; DE50211232D1; ATE378515T1; ES2295460T3; BR0215147A; EP1458982A1; DE10162919A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüftervorrichtung für eine Dunstabzugshaube wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert wird. Eine Lüftervorrichtung mit den strukturellen Merkmalen des Anspruchs 1, jedoch für ein Automobil, ist aus der US-A-5 951 245 bekannt.
Aus der DE 42 27 901 A1 ist eine Lüfteranordnung, insbesondere für die Kühlung von Kraftfahrzeugmotoren, bekannt. Die Lüfteranordnung umfasst einen Kühllüfter mit Radiallaufrädern, der mit einem axial gerichteten Einlaufstutzen und einer vorderseitigen Deckscheibe des Laufrades versehen ist. Im Einlaufbereich und innerhalb der Eintrittsöffnung des Radiallaufrades ist ein Leitring mit einem Umlenkwinkel von etwa 90 ° angeordnet, dessen vordere Eintrittsebene etwa mit der Ebene der Deckscheibe des Laufrades abschließt oder vor dieser liegt. Die rückwärtige Ebene des Leitringes ist im vorderen Bereich der axialen Erstreckung des Schaufelkranzes angeordnet, wodurch sich eine deutlich geringere axiale Bautiefe ohne eine wesentliche Beeinträchtigung der Laufeigenschaften des Kühllüfters ergibt.
In der DE 197 53 373 A1 ist ein Axiallüfter-Gehäuse beschrieben, welches insbesondere für Kühlungszwecke bei EMV-abgeschirmten Geräten, bestehend aus einem eine Luftdurchlaßöffnung aufweisenden Aufnahmeteil für einen Axiallüfter und einem die Luftdurchlaßöffnung überdeckenden, metallischen Abschirmgitter besteht. Das Abschirmgitter ist nach Art eines Luft-Leitrades mit schaufelartigen, sich über eine bestimmte Luftführungslänge erstreckenden, im wesentlichen etwa radial angeordneten Leitstegen ausgebildet. Die Leitstege sind in mindestens zwei konzentrischen Kreisreihen verteilt angeordnet, wobei die Anzahl der Leitstege in der äußeren Kreisreihe größer ist als in der benachbarten inneren Kreisreihe. Des weiteren ist es vorgesehen, dass ein Umfangswinkelabstand der Leitstege an der jeweils inneren Anbindung ausgehend von der innersten Kreisreihe bis hin zur äußersten Kreisreihe abnimmt. Zusätzlich soll ein Neigungswinkel, d. h. eine Winkelneigung der Leitstege zur Radialen, sowie ein Leitwinkel, d. h. eine Winkelneigung zur Axialen von der innersten Kreisreihe bis hin zur äußersten Kreisreihe abnehmen.
Aus der Schrägstellung jedes Leitsteges ergibt sich, dass jeder Leitsteg eine der Einströmseite zugekehrte Oberseite und eine der Ausströmseite zugekehrte Unterseite aufweist. Für eine gute Luftführung entlang der Leitstege ist es vorgesehen, die Oberseiten jeweils von der Einströmseite zur Ausströmseite hin konvex insbesondere kreisbogenförmig mit einem Krümmungsradius R gekrümmt auszubilden. Dieser Krümmungsradius ist jeweils derart gewählt, dass eine im Bereich der Einströmseite angelegte Tangente im wesentlichen dem jeweiligen Leitwinkel entspricht, während eine an der gegenüberliegenden Ausströmseite an die Oberseite angelegte Tangente im wesentlichen der Axialrichtung entspricht. Die Unterseite jedes Leitsteges soll bevorzugt im wesentlichen eben ausgebildet sein, wobei es jedoch auch vorgesehen sein kann, dass die Unterseite ebenfalls mit einer konkaven oder konvexen Krümmung versehen ist.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ein Einströmbereich und ein Ausströmbereich gekoppelt sind, was zu nicht beherrschbaren Strömungszuständen führt, die in bestimmten Betriebszuständen zu hohen Strömungswiderständen sowie zu einer hohen Geräuschentwicklung führen.
In der US 5,951,245 ist eine Anordnung eines Zentrifugalgebläses offenbart, bei der die Gebläseanordnung einen von einem Elektromotor angetriebenen Zentrifugalventilator und eine stationäre Einrichtung zum gezielten Verwirbeln einer bestimmten Luftvolumenmenge aufweist, wenn die Luft in die Zentrifugalgebläseanordnung eintritt. Die Einrichtung ist axial in Bezug auf die Rotationsachse der Ventilationseinrichtung angeordnet und ist derart befestigt, dass sie in Bezug auf den Ventilator keine Bewegung ausführt. Die Ventilatoreinheit und die stationäre Einrichtung ist von einem Gehäuse umgeben, wobei die stationäre Einrichtung einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein kann.
Die Zentrifugalgebläseanordnung weist jedoch den Nachteil auf, dass die stationäre Einrichtung konstruktiv sehr aufwendig ausgestaltet ist und aufgrund der durch die stationäre Einrichtung bewirkten Verwirbelung der Luft nur ein geringer Wirkungsgrad des Zentrifugalventilators erreicht wird.
Weiterhin ist in der US 5,466,120A ein Lüfter mit abgewinkelten Stegen beschrieben. In dieser Schrift ist insbesondere ein Axiallüfter beschrieben, bei dem ein Netz aus Streben und kreisförmigen Rippen über den Lüfterrad vorgesehen ist. Die Streben sind hierbei abgewinkelten und weisen einen äußeren Teil auf, der in radialer Richtung vom äußeren Umfang aus verläuft. Der innere Teil der Streben ist gegenüber dem äußeren Teil abgewinkelt und verläut in der Ebene des äußeren Teils. Der Querschnitt der Streben kann in Strömungsrichtung eine abgerundete Vorderseite und eine fache Rückseite aufweisen. Die kreisförmigen Rippen sind konzentrisch um die Achse des Axiallüfterrades angeordnet und verbinden die Streben des Netzes. Während die inneren Rippen axial ausgerichtet sind, sind die Rippen im äußeren Bereich des Netzes geneigt angeordnet. Durch die gebogene beziehungsweise abgeknickte Geometrie der Streben sind die Kanten der Schaufeln des Lüfterrades nicht mit dem Verlauf der Streben ausgerichtet sind. Ein Nachteil des beschriebenen Netzes liegt darin, dass ausschließlich durch die Neigung der Rippen eine gezielte Führung des Luftstroms nicht möglich ist.
Aus der US 867,596 ist eine Ventilator- und Diffusorvorrichtung bekannt, welche eine erste Reihe konisch ausgebildeter Schaufeln bzw. Leitbleche aufweist, die konzentrisch und beabstandet voneinander angeordnet sind. Des weiteren ist eine zweite Serie von Schaufeln bzw. Leitflächen vorgesehen, die zylindrisch ausgebildet sind. Die beiden Reihen der Leitbleche sind jeweils fest miteinander verbunden, wobei deren axialer Abstand zueinander über eine Schraubspindel veränderbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lüftervorrichtung insbesondere für Dunstabzugshauben zu schaffen, welche im Betrieb eine geringe Geräuschentwicklung aufweist, eine hohe Luftfördermenge bei geringer Leistungsaufnahme erreicht und nur einen geringen Bauraum benötigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Lüftervorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Dadurch, dass die Wände der Öffnungen im Trägerteil in Strömungsrichtung derart gekrümmt sind, dass die Luft über die Öffnungen stoßfrei einströmen und/oder zum Lüfterrad stoßfrei überströmen kann oder dass die Luft vom Lüfterrad stoßfrei zu den Öffnungen überströmen und/oder aus den Öffnungen ausströmen kann, wird die angesaugte oder ausgeblasene Luft sanfter umgelenkt und der Strömungswiderstand der Öffnungen im Trägerteil wesentlich verringert. Durch die Verringerung des Strömungswiderstandes der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung wird im Betrieb insbesondere einer Dunstabzugshaube ein geringeres Betriebsgeräusch erzeugt und der Luftdurchsatz einer mit der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung versehenen Dunstabzugshaube wird in vorteilhafter Weise erhöht.
Darüber hinaus ist von Vorteil, dass das Lüfterrad am Trägerteil gelagert ist, welches in einem Anströmbereich des Lüfterrades die Öffnungen aufweist. Durch diese konstruktive Maßnahme wird die Bauteilanzahl der Lüftervorrichtung reduziert und eine kompakte, eine nur einen geringen Bauraum aufweisende Baueinheit gebildet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Dunstabzugshaube relativ flach ausgeführt werden soll.
Dadurch, dass die Öffnungen durch ein Gitter gebildet werden, das durch die Wände aufweisende dünnwandige Stege ausgebildet wird, wobei die Stege im Querschnitt derart gekrümmt sind, dass einströmende Luft dem Lüfterrad räumlich vorgerichtet und stoßfrei zugeführt wird oder dass vom Lüfterrad abströmende Luft den Öffnungen räumlich vorgerichtet und stoßfrei zugeführt wird, kann der Strömungswiderstand der Lüftervorrichtung verringert werden.
Weiterhin sind die gekrümmt ausgebildeten Stege mechanisch sehr steif, so dass die Stege sehr dünnwandig ausbildet werden können. Wodurch einerseits der Strömungswiderstand herabsetzt werden kann und andererseits die durch das Lüfterrad eingeleiteten Kräfte besser übertragen werden können.
Darüber hinaus ist von Vorteil, dass ein Motor, bevorzugt ein Elektromotor, am Trägerteil angeordnet ist und dass das Lüfterrad auf einer Abtriebswelle des Motors befestigt ist Durch diese konstruktive Maßnahme wird die Bauteilanzahl der Lüftervorrichtung weiter reduziert und eine kompakte, eine nur einen geringen Bauraum aufweisende Baueinheit gebildet. Weiterhin ist es möglich durch die gekrümmte und damit steife Ausbildung der Stege auch die durch den Motor eingeleiteten Kräfte aufzunehmen, wobei die Stege dünnwandig und damit strömungsgünstig ausgebildet werden können.
Eine besonders effektive Geräuschminimierung sowie eine Erhöhung der Lüfterleistung wird dadurch erreicht, dass die Krümmung der Stege in Querschnittsrichtung bzw. die Krümmung der Wände der Öffnungen derart vorgesehen ist, dass im wesentlichen in axialer Richtung auf das Lüfterrad zu angesaugte Luft in Drehrichtung des Lüfterrades umgelenkt wird, so dass diese von den Schaufeln des Lüfterrades auf einfache Art und Weise zu einem Ausströmbereich des Lüfterrades bei minimalen Strömungswiderständen geführt wird.
Um die von dem Lüfterrad angesaugte Luft räumlich bzw. dreidimensional vorgerichtet dem Lüfterrad zuzuführen, sind die Wände der Öffnungen bzw. die Stege des Gitters in Querschnittsrichtung konvex oder konkav gebildet, so dass zunächst senkrecht auf das Lüfterrad zuströmende Luft mit zunehmendem Strömungsweg in dem Gitter langsam und stetig in eine wenigstens annähernd radiale Richtung des Lüfterrades, und zwar in Drehrichtung des Lüfterrades umgelenkt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Lüftervorrichtung ist es vorgesehen, die Wände der Öffnungen bzw. die Stege in Querschnittsrichtung parabelförmig auszugestalten, so dass in das Gitter einströmende Luft zunächst nur leicht umgelenkt wird und mit zunehmendem Strömungsweg in dem Gitter verstärkt in Drehrichtung des Lüfterrades umgelenkt wird. Damit wird in vorteilhafter Weise eine sehr harmonische, mit geringeren Strömungsenergieverlusten behaftete Umlenkung erreicht, welche zusätzlich eine Geräuschentwicklung reduziert und den Leistungsbedarf der Lüftervorrichtung bei gleicher Luftfördermenge reduziert.
Eine weitere konstruktive Maßnahme zur harmonischen und geräuscharmen Strömungsführung von durch das Lüfterrad angesaugter Luft stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Lüftervorrichtung dar, bei der ein Abschnitt der Wände der Öffnungen bzw. ein Teil der Stege des Gitters wenigstens annähernd als ein Hyperboloid ausgebildet sind. Damit bilden diese Stege bzw. Kreisstege sogenannte partielle bzw. radiale Einströmdüsen für die angesaugte Luft aus, wobei die Kreisstege über ihren gesamten Umfang eine gleichbleibende Strömungsführung gewährleisten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Lüftervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Lüfterrad von einem Luftleitkörper umgeben ist, an welchem das Trägerteil in Einbaulage befestigt ist. Der Luftleitkörper ist in einem Abströmbereich des Lüfterrades mit einer separaten Ausströmöffnung je nach Strömungsrichtung Einströmöffnung versehen, über welche die Luft des Lüfterrades gezielt führbar ist. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Anströmbereich des Lüfterrades bzw. der Lüftervorrichtung durch die von dem Lüfterrad abgeführte Luft an den Abströmbereich des Lüfterrades nicht beeinträchtigt wird, wodurch insbesondere Turbulenzen, Verwirbelungen der angesaugten Luft auf einfache Art und Weise vermieden werden und ein Leistungsbedarf der Lüftervorrichtung reduziert wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Zeichnung näher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1: eine Lüftervorrichtung insbesondere für eine Dunstabzugshaube in einem stark schematisierten Querschnitt;
Fig. 2: eine Draufsicht auf das Trägerteil der Lüftervorrichtung gemäß Fig. 1; und
Fig. 3: eine Detailansicht eines Radialsteges im Querschnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2.

In der Fig. 1 ist eine bevorzugte, in einer nicht näher dargestellten Dunstabzugshaube verwendbare Lüftervorrichtung 1 in einem schematisierten Längsschnitt dargestellt, welche einen an einem Trägerteil 2 befestigten Motor 3, bevorzugt einen Elektromotor zum Antreiben eines Lüfterrades 4 aufweist. Das Trägerteil 2 weist in einem Anströmbereich des Lüfterrades 4 ein Gitter 5 auf, das von mehreren Stegen 6 gebildet ist. Durch das Gitter 5 werden eine Vielzahl von Öffnungen 17 definiert, die Wände 18 zur Leitung der Luft aufweisen. Die Wände 18 bzw. die Stege 6 sind in Querschnittsrichtung derart gekrümmt, dass über die Öffnungen 17 des Gitters 5 einströmende Luft dem Lüfterrad 4 dreidimensional und stoßfrei vorgerichtet zugeführt wird.
Der Motor 3 ist mit einem Gehäuse 7 versehen, welches über eine Befestigungseinrichtung 8, die vorliegend als zwei Verschraubungen ausgeführt sind, an dem Trägerteil 2 befestigt ist. Im Bereich der Befestigungseinrichtung 8 sind zwei elektrische Kontaktmodule 14 zum Anschließen des Motors 3 an einer Stromquelle vorgesehen. Auf der dem Gitter 5 abgewandten Seite ragt aus dem Gehäuse 7 des Motors 3 eine Antriebswelle 9, welche fest mit dem Lüfterrad 4 verbunden ist und über die der Drehantrieb des Lüfterrades 4 durch den Motor 3 erfolgt. Beim Lüfterrad 4 handelt es sich um ein Radiallüfterrad, bei dem eine Vielzahl von sich parallel zur Antriebswelle 9 erstreckende Schaufeln 12 auf einem Kreis angeordnet sind.
Das Trägerteil 2 weist im Bereich des Gitters 5 einen, ebenen mittleren Teil 10 und einen wenigstens annähernd kegelstumpfartigen äußeren Bereich 11 auf, der sich an den mittleren Teil 10 anschließt. Durch den kegelstumpfartigen äußeren Bereich 11 des Trägerteiles 2 wird zusätzlich der Strömungswiderstand bzw. ein Druckabfall beim Ansaugen von Luft durch das Lüfterrad 4 im äußeren Bereich 11 des Trägerteiles 2 minimiert, da die im äußeren Bereich 11 des Trägerteiles 2 angesaugte Luft direkt in Richtung des Lüfterrades 4 strömt und von den gekrümmten Stegen 6 in radialer Richtung auf das Lüfterrad 4 bzw. dessen Schaufeln 12 zugeführt wird.
Die Stege 6 des Gitters 5 sind in Querschnittsrichtung konvex bzw. konkav ausgebildet, so dass angesaugte Luft an den Stegen 6 von einer im mittleren Teil 10 im wesentlichen senkrechten und im äußeren Bereich 11 vornehmlich radialen Anströmung auf das Gitter 5 zu in eine radiale Strömungsrichtung zu dem Lüfterrad 4 umgelenkt wird (siehe Pfeile 19). Durch die Befestigung bzw. Anordnung des Motors 3 im Anströmbereich des Lüfterrades 4 und in das Lüfterrad 4 eingetaucht, wird der für die Umlenkung der angesaugten Luft benötigte axiale Bauraum optimal genutzt, so dass die Lüftervorrichtung 1 in axialer Richtung kompakt gebaut ist. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist die Integration von Luftleitfunktionen in das Trägerteil 2.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Trägerteil 2 der Lüftervorrichtung 1 dargestellt. Das Gitter 5 ist zusätzlich zu den als Kreisstegen ausgebildeten Stegen 6 durch sogenannte Radialstege 13 netzartig ausgeführt. Der mittlere Bereich 10 des Trägerteil, an dem der Motor befestigt ist, hat Lüftungsschlitze 16 zur Kühlung des Motors. Der äußerste Bereich 15 des Gitters 5 ist trichterförmig gekrümmt, so dass in Zusammenwirken mit den Kreisstegen 6 und den Radialstege 13 die Luft strömungsgünstig zum Lüfterrad geführt wird, wie dies durch die Pfeile 19 in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
Die Radialstege 13 des Trägerteiles 2 sind ebenfalls, wie in Fig. 3 dargestellt, in Querschnittsrichtung derart gekrümmt ausgebildet, dass von dem Lüfterrad 4 angesaugte Luft in Drehrichtung des Lüfterrades 4 umgelenkt und dem Lüfterrad 4 zur Reduzierung eines Strömungswiderstandes zugeführt wird. Damit wird angesaugte Luft von den Kreisstegen 6, dem äußersten Bereich 15 und den Radialstegen 13 dreidimensional vorgerichtet in Drehrichtung des Lüfterrades 4 umgelenkt (Pfeil 19), womit ein Strömungswiderstand auf einfache Art und Weise minimiert wird.
Durch die gekrümmte Ausführung der Kreisstege 6, des äußersten Bereichs 15 und der Radialstege 13 des Trägerteiles 2 wird darüber hinaus eine erhöhte Steifigkeit des Trägerteiles 2 insgesamt erreicht, wodurch eine Verringerung der Wandstärke des Trägerteiles 2 vorgesehen werden kann, die wiederum zu einer kostensenkenden Materialersparnis sowie zu einer Verringerung des Gewichtes des Trägerteiles 2 und zu einer Verringerung des Strömungswiderstands des Trägerteils 2 führt.
Alternativ zur vorstehend dargestellten Ausführung kann die Krümmung der Stege 6, 13 bzw. der Wände 18 der Stege 6, 13 für eine zu den Pfeilen 19 entgegengesetzte Strömungsrichtung ausgelegt werden, wobei die gleichen Vorteile wie vorstehend dargestellt, erzielt werden können.
Anstatt den Motor 3 am Trägerteil 2 zu befestigen und das Lüfterrad 4 an der Antriebswelle 9 des Motors 3 zu befestigen, kann auch nur die Welle des Lüfterrads 4 im Trägerteil 2 gelagert werden, wobei das Lüfterrad 4 dann beispielsweise über einen externen Motor und über einen Riementrieb antreibbar ist.

Claims

Lüftervorrichtung (1) für eine Dunstabzugshaube mit einem an einem Trägerteil (2) gelagerten Radiallüfterrad (4), wobei das Trägerteil (2) durch Wände (18) begrenze Öffnungen (17) hat, die durch ein Gitter (5) gebildet werden, das durch die Wände (18) aufweisende Radialstege (13) und Kreisstege (6) ausgebildet wird, wobei die Wände (18) der Radialstege (13) in Strömungsrichtung derart gekrümmt sind, dass die Luft über die Öffnungen (17) stossfrei einströmen und zum Lüfterrad (4) stossfrei überströmen kann bzw. dass die Luft vom Lüfterrad (4) stossfrei zu den Öffnungen (17) überströmen und aus den Öffnungen (17) ausströmen kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass, auch die Kreisstege (6) im Querschnitt gekrümmt sind und zwar derart, dass die durch jede Öffnung (17) des Gitters (5) auf das Radiallüfterrad (4) zu angesaugte bzw. ausströmende Luft räumlich vorgerichtet wird, so dass in Zusammenwirken mit den ebenfalls gekrümmten Radialstegen (13) die Luft in dem Gitter (5) durch die Krümmung der Wände (18) der Öffnungen (17) dreidimensional in eine wenigstens annähernd radiale Richtung des Radiallüfterrades (4), und zwar in Drehrichtung des Radiallüfterrades (4) umgelenkt wird bzw. von einer radialen Richtung des Radiallüfterrades (4) zu den Öffnungen (17) überströmen und aus den Öffnungen (17) ausströmen kann.
Lüftervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (5) einen trichterförmig gekrümmten äußeren Bereich (15) aufweist und die einströmende oder abströmende Luft durch die Wände (18) der Stege (6, 13) und den äußeren Bereich (15) dreidimensional vorgerichtet wird.
Lüftervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (3), bevorzugt ein Elektromotor, am Trägerteil (2) angeordnet ist und dass das Lüfterrad (4) auf einer Abtriebswelle (9) des Motors (3) befestigt ist.
Lüftervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (18) in Strömungsrichtung konvex oder konkav ausgebildet sind.
Lüftervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (18) in Strömungsrichtung parabelförmig ausgebildet sind.
Lüftervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter mehrere radial verlaufende Radialstege (13) und wenigstens einen die Radialstege (13) miteinander verbindenden kreisförmigen Kreissteg (6) aufweist.
Lüftervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreissteg (6) im Querschnitt hyperboloidförmig ausgebildet ist.
Lüftervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (2) in Einbaulage an einem das Lüfterrad (4) umgebende und in einem Abströmbereich des Lüfterrades (4) mit einer separaten Ausströmöffnung versehenen Luftleitkörper befestigt ist.