EP3655662B1

EP3655662B1 - Teilesatz und verfahren für die fertigung eines radiallüfters

Info

Publication number: EP3655662B1
Application number: EP18737185.1A
Authority: EP
Inventors: Peter Ragg
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: SI3655662T1; PL3655662T3; LT3655662T; DK3655662T3; ES2910188T3; EP3655662A1; CN209180120U; WO2019015924A1; DE102017006854A1; PT3655662T; DE202018103634U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Teilesatz für die Fertigung eines Radiallüfters und dessen Verwendung.
Ein Radiallüfter hat typischerweise ein Gehäuse mit einer Kammer, in der ein Lüfterrad um eine Achse rotiert, einer zu der Achse benachbarten Einlassöffnung und einer an der Peripherie der Kammer gelegenen Auslassöffnung.
Der Zusammenhang zwischen Drehzahl des Lüfterrades, Druckdifferenz zwischen Einlass- und Auslassöffnung und Volumenstrom ist von der Geometrie des Lüfterrades und der es aufnehmenden Kammer abhängig und ein Charakteristikum eines jeden Lüftermodells. Die Anforderungen an diesen Zusammenhang variieren je nach Anwendung, für die der Radiallüfter vorgesehen ist. Wird ein Lüfter beispielsweise für Kühlzwecke eingesetzt, dann sollte sein Volumenstrom möglichst wenig mit der Druckdifferenz variieren, um einen ausreichenden Kühlluftstrom auch unter ungünstigen Bedingungen, z.B. bei eingeschränktem Querschnitt des Kühlluftweges, aufrechterhalten zu können. Wird hingegen ein Lüfter eingesetzt, um einen Patienten zu beatmen, dann ist eine starke Abhängigkeit des Volumenstroms von der Druckdifferenz erwünscht, um einerseits, wenn der Patient einatmet, einen hohen Volumenstrom bereitstellen zu können, andererseits aber nicht sein Ausatmen durch einen hohen Gegendruck zu behindern.
Herkömmlicherweise werden diese entgegengesetzten Anforderungen befriedigt, indem jeweils für die Kühlung oder das Beatmen unterschiedliche Lüfter konstruiert werden. Die für diese Lüfter jeweils spezifischen Gehäuseteile werden jeweils nur in kleinen Stückzahlen benötigt und haben dementsprechend hohe Stückkosten.
Druckschriftlicher Stand der Technik im vorliegenden technischen Gebiet ist offenbart in den Dokumenten US 2007/247009 A1 und FR 1 299 702 A .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Teilesatz und ein Verfahren zu schaffen, mit denen Lüfter mit jeweils für eine bestimmte Anwendung angepasstem Zusammenhang zwischen Druckdifferenz und Volumenstrom kostengünstig bereitgestellt werden können.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst, indem ein Teilesatz für einen Radiallüfter neben einem Lüfterrad, einem Grundgehäuseteil und einem ersten komplementären Gehäuseteil, die zusammenfügbar sind, um ein das Lüfterrad umgebendes, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweisendes erstes Gehäuse zu bilden, wenigstens ein zweites komplementäres Gehäuseteil umfasst, dessen Gestalt von der des ersten komplementären Gehäuseteils abweicht, und das anstelle des ersten komplementären Gehäuseteils mit dem Grundgehäuseteil verbindbar ist, um ein zweites Gehäuse zu bilden.
Während das komplementäre Gehäuseteil jeweils spezifisch in Hinblick auf einen gewünschten Zusammenhang zwischen Druck und Volumenstrom optimiert ist und in mehreren Versionen benötigt wird, um unterschiedliche Zusammenhänge darstellen zu können, ist das Grundgehäuseteil, vorzugsweise auch das Lüfterrad, nicht anwendungsspezifisch. Kostenvorteile ergeben sich somit zum einen dadurch, dass die nicht anwendungsspezifischen Teile in großen Stückzahlen kostengünstig bereitgestellt werden können, sondern auch dadurch, dass die anwendungsspezifischen komplementären Gehäuseteile nur einen kleinen Teil des gesamten Gehäuses ausmachen und deshalb mit kleinformatigen, relativ einfachen und dementsprechend kostengünstigen Werkzeugen gefertigt werden können.
Das Grundgehäuseteil hat insbesondere dann allenfalls einen geringen Einfluss auf den Zusammenhang zwischen Druck und Volumendurchsatz, wenn eine Grundplatte des Lüfterrades an dessen dem Grundgehäuseteil zugewandter Seite angeordnet ist und dadurch das Grundgehäuseteil weitgehend von der Luftzirkulation im Innern des Gehäuses abgeschirmt ist.
Die Einlassöffnung sollte in den komplementären Gehäuseteilen vorgesehen sein, zum einen, weil es zum Variieren des Zusammenhangs zwischen Druck und Volumendurchsatz notwendig sein kann, die Abmessungen der Einlassöffnung zu ändern, und dies nur auf Seiten des komplementären Gehäuseteils möglich ist, zum andern weil sie dort nicht durch die Grundplatte blockiert werden kann.
Auch der Auslass sollte durch Wahl eines komplementären Gehäuseteils variabel und deshalb wenigstens zum Teil durch das komplementäre Gehäuseteil begrenzt sein; da der Auslass im Allgemeinen fern der Achse liegt, ist er vorzugsweise sowohl vom Basisgehäuseteil als auch von dem mit dem Basisgehäuseteil zusammengefügten komplementären Gehäuseteil begrenzt. Insbesondere können solche unterschiedlichen Auslässe dadurch realisierbar sein, dass die komplementären Gehäuseteile sich durch den Querschnitt eines Wandbereichs unterscheiden, der einen das Lüfterrad umgebenden Blasluftkanal begrenzt.
Um unterschiedliche freie Querschnitte des Auslasses bilden zu können, sollten die komplementären Gehäuseteile sich durch den Verlauf einer den Auslass begrenzenden Wand unterscheiden.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich die komplementären Gehäuseteile jeweils durch den Querschnitt eines Wandbereichs , der einen das Lüfterrad umgebenden Blasluftkanal begrenzt.
Je kleiner der Querschnitt des Blasluftkanals ist, umso geringer ist im Allgemeinen auch die Konkavität des den Blasluftkanal begrenzenden Wandbereichs des komplementären Gehäuseteils, und umso geringer ist auch die Steifigkeit des Wandbereichs. Um einem komplementären Gehäuseteil, insbesondere demjenigen komplementären Gehäuseteil, das einen Blasluftkanal mit kleinem Querschnitt begrenzt, dennoch die notwendige Steifigkeit zu verleihen, ist der Wandbereich erfindungsgemäß an seiner Außenseite mit versteifenden Rippen versehen. Schnittstellen für die Anbringung am Grundgehäuseteil sollten bei allen komplementären Gehäuseteilen identisch sein. Diese Schnittstellen können z.B. einander berührende Flansche oder ineinandergreifende Nut-Feder-Verbindungen für einen dichten Kontakt zwischen Grundgehäuseteil und komplementärem Gehäuseteil oder zusammenwirkende Befestigungsmittel für die Verankerung des komplementären Gehäuseteils am Grundgehäuseteil umfassen.
Das Lüfterrad ist vorzugsweise am Grundgehäuseteil gelagert. So ist es möglich, beide zunächst zu einer nicht anwendungsspezifischen Baugruppe vorzumontieren und eine Anpassung an eine vorgesehene Anwendung durch Anfügen des jeweils für die Anwendung geeigneten komplementären Gehäuseteils vorzunehmen. Die Baugruppe kann daher in großen Stückzahlen rationell gefertigt und eventuell auf Vorrat gehalten werden; indem sie erst auf Kundenanfrage mit dem jeweils passenden komplementären Gehäuseteil kombiniert wird, kann das in dem Vorrat gebundene Kapital gering gehalten und dennoch auf unerwartete Kundenanforderungen kurzfristig und flexibel reagiert werden.
Zweckmäßigerweise ist auch Einbauraum für einen das Lüfterrad antreibenden Motor am Grundgehäuseteil vorgesehen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines Radiallüfters mit den Schritten:

Bereitstellen eines Grundgehäuseteils, eines Lüfterrades und mehrerer komplementärer Gehäuseteile jeweils unterschiedlicher Gestalt, die mit dem Grundgehäuseteil zu das Lüfterrad aufnehmenden Gehäusen kombinierbar sind,
Auswählen eines der komplementären Gehäuseteile; und
Zusammenfügen des ausgewählten komplementären Gehäuseteils mit dem Grundgehäuseteil und dem Lüfterrad.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Teilesatz in einem auseinandergezogenen axialen Schnitt;
Fig. 2: eine Draufsicht in axialer Richtung auf ein Grundgehäuseteil und ein Lüfterrad des Teilesatzes;
Fig. 3: Ansichten eines ersten komplementären Gehäuseteils des Teilesatzes;
Fig. 4: Ansichten eines zweiten komplementären Gehäuseteils; und
Fig. 5: Ansichten eines dritten komplementären Gehäuseteils.

Fig. 1 zeigt in einer auseinandergezogenen Ansicht ein Grundgehäuseteil 1, ein Lüfterrad 2 und ein komplementäres Gehäuseteil 3 eines Radiallüfters. Die Schnittebene der Fig. 1 verläuft entlang einer Drehachse 4 des Lüfterrades 2.
Das Grundgehäuseteil 1 umfasst eine Bodenplatte 5, eine Außenwand 6 und einen elastischen Pufferring 7, über den die Bodenplatte 5 mit der Außenwand 6 zu einem äußeren Becher verbunden ist. In dem äußeren Becher ist konzentrisch, unter Ausbildung eines ringförmig umlaufenden Kühlluftkanals 8, ein Elektromotor 9 aufgenommen und durch eine an einer Schulter 10 der Außenwand 6 abgestützte Zwischenwand 11 eingeschlossen.
Der Elektromotor 9 umfasst eine Welle 12, einen Rotor 13, einen Stator 14, eine Leiterplatte 15, die einen Wechselrichter zur Versorgung des Stators 14 trägt, sowie ein Gehäuse, das die genannten Komponenten 12-15 einschließt. Das Gehäuse umfasst einen inneren Becher 16 und einen den inneren Becher 16 verschließenden Deckel 17, durch dessen zentrale Öffnung die Welle 12 vorspringt.
Die Zwischenwand 11 und der in einer Öffnung der Zwischenwand freiliegende Deckel 17 bilden rings um die Drehachse 4 ein zentrales Plateau 18. Ein das Plateau 18 umgebender Randbereich der Zwischenwand 11 springt ins Innere des äußeren Bechers zurück und begrenzt zusammen mit der Außenwand 6 eine Rinne 19, die sich mit allmählich zunehmendem Querschnitt rings um die Drehachse 4 erstreckt.
Das Lüfterrad 2 hat eine quer zur Drehachse 4 ausgerichtete Grundplatte 20, deren Durchmesser nicht größer ist als der des Plateaus 18 und die im zusammengebauten Zustand dem Plateau 18 eng benachbart gegenüberliegt. An der vom Plateau 18 abgewandten Seite der Grundplatte 20 stehen Luftschaufeln 21 in axialer Richtung ab.
In der Ansicht der Fig. 2 ist das Grundgehäuseteil 1 in Draufsicht und das auf der Welle 12 montierte Lüfterrad 2 in einem radialen Schnitt zu sehen. Man erkennt deutlich die Rinne 19, die sich, ausgehend von einem Anfangspunkt 22 allmählich breiter werdend, im Gegenuhrzeigersinn um das Lüfterrad 2 erstreckt und in einen tangential zum Umfang des Lüfterrads 2 abzweigenden Auslass 23 übergeht.
Die Zwischenwand 11 hat eine oder mehrere Öffnungen 24, über die die Rinne 19 in der Nähe des Anfangspunkts 22 mit dem Kühlluftkanal 8 kommuniziert. Diese Öffnungen 24 sind in Fig. 2 durch das Lüfterrad 2 verdeckt und deshalb mit gestrichelten Linien dargestellt. Ein weiterer Durchgang 25 zwischen der Rinne 19 und dem Kühlluftkanal 8 befindet sich am Auslass 23.
Die Drehung des Lüfterrades 2 erzeugt vor dem Durchgang 25 einen höheren Druck als an den Öffnungen 24, so dass Luft über den Durchgang 25 in den Kühlluftkanal 8 eintritt, dort Abwärme des Motors 9 aufnimmt und über die Öffnungen 24 den Kühlluftkanal 8 wieder verlässt. Eine radiale Wand 26 zwischen dem Motor 9 und der Außenwand 6 durchteilt den Kühlluftkanal 8 und zwingt die angesaugte Luft, auf dem Weg vom Durchgang 25 zu den Öffnungen 24 den Motor 9 nahezu vollständig zu umrunden.
Das komplementäre Gehäuseteil 3 der Fig. 1 ist auch in Fig. 3 in drei Ansichten und einem radialen Schnitt zu sehen. Es hat eine sich rings um eine Einlassöffnung 27 um die Drehachse 4 erstreckende Stirnwand 28, deren trichterförmiger Innenfläche 29 im zusammengebauten Zustand Kanten 30 der Luftschaufeln 21 in geringem Abstand gegenüberliegen. Beim komplementären Gehäuseteil 3 der Fig. 1 erstreckt sich diese trichterförmige Innenfläche 29 radial über den Rand der Grundplatte 20 hinaus und trifft auf eine Innenseite der Außenwand 6. Die Stirnwand 28 begrenzt somit im fertig montierten Lüfter einerseits eine Radkammer 31, in der das Lüfterrad 2 rotiert, als auch, zusammen mit der Rinne 19, einen sich um die Radkammer 31 herum erstreckenden Blasluftkanal 32, in dem die Drehung des Lüfterrades 2 einen Überdruck erzeugt.
An einer von dem Lüfterrad 2 und dem Blasluftkanal 32 abgewandten Seite der Stirnwand 28 sind versteifende Rippen 33 geformt.
Um die Innenfläche 29 herum erstreckt sich senkrecht zur Drehachse 4 ein ringförmiger Flansch 34. Ihm liegt ein Flansch 35 an einer Oberkante der Außenwand 6 gegenüber. Beide Flansche 34, 35 weisen jeweils eine Ringnut 36 auf. Ein in im montierten Zustand in beide Ringnuten 36 eingreifender Dichtring 37 dichtet den Blasluftkanal 32 radial nach außen ab.
Am Umfang des komplementären Gehäuseteils 3 sind über den Flansch 34 vorspringende Bügel 38 verteilt. Diese sind vorgesehen, um beim Zusammenbau des Gehäuses auf Vorsprünge 39 (s. Fig. 2) an der Außenwand 6 des Grundgehäuseteils 1 aufgerastet zu werden und so die Gehäuseteile 1, 2 dauerhaft miteinander zu verbinden.
Fig. 4 zeigt ein zweites komplementäres Gehäuseteil 3' in zu Fig. 3 analogen Ansichten. Bei diesem Gehäuseteil 3' ist der Durchmesser der Einlassöffnung 27' im Vergleich zum Gehäuseteil 3 verkleinert.
Auch der Durchmesser der Innenfläche 29' ist gegenüber Fig. 3 verkleinert, so dass sie nur dem Lüfterrad 2 gegenüberliegt und zwischen ihr und dem Flansch 34 eine zur Rinne 19 des Grundgehäuseteils 1 spiegelbildliche Rinne 40' Platz findet. Der Flansch 34 und die daran verteilten Bügel 38 sind mit denen des Gehäuseteils 3 formgleich, so dass wahlweise das eine oder das andere an das Grundgehäuseteil 1 angefügt werden kann. Bei Verwendung des komplementären Gehäuseteils 3' ergibt sich ein deutlich größerer Querschnitt des Blasluftkanals 26.
Der Querschnittsverlauf der Innenfläche 29' entspricht demjenigen des dem Lüfterrad 2 gegenüberliegenden inneren Bereichs der Innenfläche 29, so dass beide komplementären Gehäuseteile 3, 3' auch mit demselben Lüfterrad 2 kombiniert werden können. So ist es möglich, das Grundgehäuseteil 1, den Motor 9 und das Lüfterrad 2 zu einer Baugruppe vorzumontieren, die deren aerodynamische Eigenschaften erst später durch Anfügen des komplementären Gehäuseteils 3 oder 3' festgelegt werden.
Die starke Wölbung im Bereich der Rinne 40' verleiht der Stirnwand 28' eine relativ hohe Steifigkeit, so dass die am Gehäuseteil 3 in Fig. 3 gezeigten Rippen hier entfallen oder in ihrer Höhe deutlich reduziert werden können.
Der relativ enge Querschnitt des Blasluftkanals 32 beim Gehäuseteil 3 begünstigt eine inversionssymmetrische Form der Druck-Volumenstrom-Kennlinie, d.h. der Betrag, um den der Druckabfall am Lüfter bei einem negativem Volumenstrom -Q (entgegen der Blasrichtung des Lüfters) gegenüber dem Druckabfall bei verschwindendem Volumenstrom (Q=0) erhöht ist, entspricht betragsmäßig der Druckabnahme bei gleich großen Volumenstrom Q in der Blasrichtung. Lüfter mit einer solchen Charakteristik kommen bevorzugt in Beatmungsgeräten zum Einsatz. Das Gehäuseteil 3' ist durch den kleinen Einlassquerschnitt und relativ geräumigen Blasluftkanal für Anwendungen geeignet, bei denen es auf ein niedriges Strömungsgeräusch ankommt.
Ein weiteres komplementäres Gehäuseteil 3" ist in Fig. 5 gezeigt. Seine Stirnwand 28" weist wie das des Gehäuseteils 3' eine umlaufende Rinne 40" auf, die Einlassöffnung 27" ist größer als die der Gehäuseteile 3, 3'. Dieses komplementäre Gehäuseteil 3" ist nicht so geräuscharm wie das Gehäuseteil 3', ermöglicht aber höhere Luftdurchsätze und eignet sich daher besonders zur effizienten Kühlung von Geräten, die in Fertigungshallen oder anderen per se geräuschbelasteten Umgebungen eingesetzt werden.

Bezugszeichen

1: Grundgehäuseteil
2: Lüfterrad
3: komplementäres Gehäuseteil
4: Drehachse
5: Bodenplatte
6: Außenwand
7: Pufferring
8: Kühlluftkanal
9: Elektromotor
10: Schulter
11: Zwischenwand
12: Welle
13: Rotor
14: Stator
15: Leiterplatte
16: Becher
17: Deckel
18: Plateau
19: Rinne
20: Grundplatte
21: Luftschaufel
22: Anfangspunkt
23: Auslass
24: Öffnung
25: Durchgang
26: radiale Wand
27: Einlassöffnung
28: Stirnwand
29: Innenfläche
30: Kante
31: Radkammer
32: Blasluftkanal
33: Rippe
34: Flansch
35: Flansch
36: Ringnut
37: Dichtring
38: Bügel
39: Vorsprung
40: Rinne

Claims

Teilesatz für einen Radiallüfter, mit einem Lüfterrad (2), einem Grundgehäuseteil (1) und einem ersten komplementären Gehäuseteil (3), die zusammenfügbar sind, um ein das Lüfterrad (2) umgebendes, eine Einlassöffnung und einen Auslass aufweisendes erstes Gehäuse zu bilden, wobei wenigstens ein zweites komplementäres Gehäuseteil (3', 3"), dessen Gestalt von der des ersten komplementären Gehäuseteils (3) abweicht, anstelle des ersten komplementären Gehäuseteils (3) mit dem Grundgehäuseteil (1) verbindbar ist, um ein zweites Gehäuse zu bilden, und wobei die komplementären Gehäuseteile (3, 3', 3") sich durch den Querschnitt eines Wandbereichs (28, 40', 40") unterscheiden, der einen das Lüfterrad (2) umgebenden Blasluftkanal (32) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass bei demjenigen komplementären Gehäuseteil (3), das den Blasluftkanal (32) mit kleinerem Querschnitt begrenzt, eine Außenseite des Wandbereichs (28) mit Rippen (33) besetzt ist.
Teilesatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (20) des Lüfterrades (2) an dessen dem Grundgehäuseteil (1) zugewandter Seite angeordnet ist.
Teilesatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (27, 27', 27") in den komplementären Gehäuseteilen (3, 3', 3") vorgesehen ist.
Teilesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Gehäuseteile (3, 3', 3") sich durch den Querschnitt ihrer Einlassöffnungen (27, 27', 27") unterscheiden.
Teilesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (23) von dem Basisgehäuseteil (1) und dem mit dem Basisgehäuseteil (1) zusammengefügten komplementären Gehäuseteil (3, 3', 3") begrenzt ist.
Teilesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Gehäuseteile (3, 3', 3") identische Schnittstellen (34, 38) für die Anbringung am Grundgehäuseteil (1) aufweisen.
Teilesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (2) am Grundgehäuseteil (1) gelagert ist.
Teilesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einbauraum für einen Motor (9) am Grundgehäuseteil (1) vorgesehen ist.