EP3833877A1 - Fan - Google Patents

Fan

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EP3833877A1
EP3833877A1 EP20720347.2A EP20720347A EP3833877A1 EP 3833877 A1 EP3833877 A1 EP 3833877A1 EP 20720347 A EP20720347 A EP 20720347A EP 3833877 A1 EP3833877 A1 EP 3833877A1
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EP
European Patent Office
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volume flow
measuring wheel
flow measuring
impeller
fan
Prior art date
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Pending
Application number
EP20720347.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frieder Loercher
Alexander Herold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ziehl Abegg SE
Original Assignee
Ziehl Abegg SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Ziehl Abegg SE filed Critical Ziehl Abegg SE
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01F1/90—Indirect mass flowmeters, e.g. measuring volume flow and density, temperature or pressure with positive-displacement meter or turbine meter to determine the volume flow
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/30—Velocity

Definitions

  • the invention relates to a fan, in particular an axial fan and preferably a backward curved radial fan.
  • a fan in particular an axial fan and preferably a backward curved radial fan.
  • Such a fan has an impeller equipped with blades, which is driven by an electric motor.
  • an electric motor for the purpose of regulating such a fan, there is a need to determine the volume flow during operation of the fan. So far, this has only been done on the basis of electrical data (in particular the current drawn) from the electric motor.
  • electrical data in particular the current drawn
  • the volume flow cannot be calculated clearly.
  • the volume flow calculation with the aid of differential pressure measurements is also known from practice. This is complex and associated with excessive inaccuracies for many applications.
  • the volume flow rate is often determined via the shaft torque. Otherwise, the volume flow is determined by measuring the differential pressure or using a vane anemometer, often on the downstream side of the fan. For this, reference is made to WO 2018/036802 A1.
  • the measurements and determinations of the air volume flow known from practice are on the one hand complex and on the other hand imprecise. They are therefore only suitable to a limited extent as the basis for fan control (constant volume flow control).
  • the present invention is therefore based on the object of designing and developing a fan of the generic type in such a way that it is possible to determine the volume flow while the fan is in operation using simple technical means. Using such a volume flow determination, it should be possible to create a simple control mechanism for the fan. In addition, the fan of the invention should differ from competitive union products.
  • a device for determining the air flow when the impeller is rotating is then assigned to the fan. This device comprises a volume flow measuring wheel arranged in the air flow, which is arranged on the inflow side in front of the impeller. The air volume flow is calculated or derived from the speed of the volume flow measuring wheel.
  • the volume flow measuring wheel is arranged approximately coaxially to the impeller axis, which simplifies the storage of the volume flow measuring wheel.
  • the volume flow measuring wheel is mounted on a structure arranged on the inflow side in front of the impeller, in particular in front of an inlet nozzle.
  • this structure is a functional component of the fan, for example a protective grille or an inflow grille. Existing functional components of the fan can thus be used without any further design effort.
  • the volume flow measuring wheel is a rotating wheel. Accordingly, it is rotatably mounted on a shaft, preferably on an optionally extended shaft of the motor.
  • the volume flow measuring wheel extends across the flow cross section in the inflow area of the fan, the outer radius of the volume flow measuring wheel in an advantageous embodiment being less than 75% of the maximum radius of the assigned flow cross section.
  • the signal from the volume flow measuring wheel is important, from which the measured values are derived.
  • the signal from the volume flow measuring wheel can be generated by means of electrical and / or magnetic and / or acoustic and / or vibration-related sensors / sensors. Inductive measurements, measurements with a Hall sensor, optical measurements, acoustic measurements or even vibration measurements can be used. Accordingly, magnetic and / or light-reflecting and / or electrical components are arranged on / in the volume flow measuring wheel and / or on / in the rotor of the motor and / or on / in an inlet nozzle of the fan. With the aid of the sensors additionally provided here, interactions between the components of the fan, in particular the motor and the sensors, can be used.
  • Physical quantities or composite quantities can be determined to determine the air volume flow.
  • the interaction of the rotor magnets with an electrical element on the volume flow measuring wheel can be used.
  • the optical access between the stator and the volume flow measuring wheel through openings on the rotor can also be used.
  • Optical accesses between the stator of the motor and the volume flow meter can also be used.
  • electrical signals can be transmitted via electrically conductive components, for example via the shaft of the motor / volume flow measuring wheel.
  • the acoustic signature of the volume flow meter can be measured and used as well. In particular, acoustic phenomena / signatures resulting from interactions with the impeller or its blades can also be used.
  • Magnetic and / or light-reflecting and / or electrical components that are part of the device for determining the air flow can be advantageously on or in the volume flow measuring wheel, on or in the rotor of the motor and / or on or in an inlet nozzle of the fan and / or be arranged on a structure arranged on the inflow side in front of the impeller. According to the above explanations, interactions between the components of the fan and the elements mentioned above can be used to obtain physical quantities or composite quantities for determining the air flow.
  • the air volume flow is determined without the influence of the speed of the impeller or taking into account a correction factor which at least rudimentarily takes into account the speed of the impeller.
  • the speed of the volume flow measuring wheel can also be determined directly with reference to a reference system from the signals from the volume flow rate measuring wheel.
  • the speed of the volume flow measuring wheel relative to the speed of the impeller of the fan can be determined from the signals of the volume flow measuring wheel.
  • the speed of the volume flow measuring wheel can be determined from the signals of the volume flow measuring wheel as the sum of the speed of the impeller and the relative speed between the impeller and the volume flow measuring wheel. A reliable determination of the air volume flow is essential.
  • the hardware components of the device for determining the air flow are preferably assigned to the motor or integrated into the motor independently of the impeller. Consequently, the device for determining the air volume flow does not require any additional installation space.
  • the volume flow meter uses the space already available on the inlet side and can be used positively to promote the flow and reduce noise.
  • the hardware components of the device for determining the air flow are essentially assigned to the inflow-side structure in front of the impeller or are integrated into it, independently of the impeller. grated. Consequently, the device for determining the air volume flow does not require any additional installation space.
  • the volume flow meter uses the space already available on the inlet side and can be used positively to promote the flow and reduce noise.
  • the volume flow meter integrated in the structure on the inflow side can, if required, be used in a modular fashion for fans, regardless of their impeller. With different impellers, inlet nozzles, guide devices or installation situations, different calibration values can advantageously be stored and used for determining the volume flow depending on the speed of the volume flow measuring wheel and, if applicable, the impeller.
  • the signals and the measurement data of the volume flow measuring wheel resulting therefrom, in particular the air flow determined from the signals and measurement data, are fed to a control of the fan.
  • This regulation can serve in particular to maintain a predetermined or predeterminable volume flow. This also applies in particular to changing operating conditions.
  • a regulating mechanism is created with simple means.
  • Fig. 1 in an axial plan view from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan with inventive volume flow measuring wheel, which extends almost over the entire radial loading area of the flow cross-section
  • Fig. 2 in an axial plan view from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan with inventive volume flow measuring wheel, which extends only over a radially inner portion of the flow cross-section
  • FIG. 3 seen from the side and in section on a plane through the fan axis, the fan with a volume flow measuring wheel according to Figure 2,
  • Fig. 5 in a perspective view, seen obliquely from the inflow side, a further embodiment of a volume flow measuring wheel, which has a strongly curved course of its wings or their inflow edges,
  • FIG. 7 shows, in a perspective view at an angle from the inflow side, a fan with an inflow grille according to FIG. 6, and FIG.
  • Figure 1 shows an axial plan view and seen from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan 1 with volume flow measuring wheel 2.
  • the volume The flow measuring wheel 2 extends almost over the entire radial area of the flow cross section of the inflow nozzle 5, for example at its narrowest point.
  • the volume flow measuring wheel 2 essentially consists of a hub 7 and blades 6 attached to it.
  • the volume flow measuring wheel 2 is rotatably mounted on a shaft 13 by means of a bearing 19 (see FIG. 3).
  • the shaft 13 rotates with the speed of rotation of the rotor 11 of the motor 4 or the impeller 3 of the fan 1. It is an elongated shaft of the motor 4. Due to the bearing with the lowest possible frictional torque (ball bearings, slide bearings, etc.) ) the volume flow measuring wheel 2 can rotate freely and independently of the shaft 13 and its rotational movement.
  • the speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 is a well-suited indicator of the air volume flow which enters the fan impeller 3 through the inlet nozzle 5, i.e. the air volume flow that is conveyed by the fan 1. In order to determine the volume flow, the speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 must be determined.
  • FIG. 2 shows, in an axial plan view and viewed from the inflow side, a further exemplary embodiment of a fan 1 with a volume flow measuring wheel 2.
  • the volume flow measuring wheel 2 extends only over a radially inner portion of the flow cross section of the inflow nozzle 5.
  • the accuracy of the air volume flow determination can be slightly reduced compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the volume flow measuring wheel 2 is more compact, cheaper to manufacture and brings less interference into the air flowing through a stream nozzle 5, which can have advantages in terms of the noise generated and the efficiency.
  • the blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 are designed in a special way, so that, as a result of the air volume flow, there is a suitable, for example, the delivery rate sets the proportional speed of the volume flow rate measuring wheel 2.
  • the proportionality constant of this ratio can be controlled by the design of the wing 6 ge.
  • the wings 6 advantageously have a cross-section similar to that of a wing in aircraft.
  • the rear edge of the wings 6 is advantageously thin, if possible ⁇ 1 mm.
  • the blades 6 are advantageously twisted, that is, the blade angle varies over the radius, so the distance to the fan axis.
  • the inflow edge has a more rounded shape, without kinks and edges. At the radially outer end, the wings 6 taper freely.
  • the blades 6 essentially have a course along a radial beam as viewed from the fan axis, which means that the bending load and deformation during operation as a result of the rotational speeds remains low.
  • the radially outer end of the blades of the volume flow measuring wheel can also be designed in a special way in other embodiments, for example similar to that of a winglet or tapering to a point.
  • the blades of a volume flow measuring wheel can also be designed like loops or connected to one another in pairs in a radially outer area.
  • Figure 3 shows from the side and in section on a plane through the fan axis, the fan 1 with a volume flow measuring wheel 2 according to Figure 2.
  • the fan impeller 3 which consists essentially of a hub ring 10, a cover ring 8 and extending therebetween There are blades 9, driven by a motor 4.
  • the fan impeller 3 is fastened to the rotor 11 of the motor 4 by means of a fastening device 15.
  • the motor 4 is an external rotor motor, built up from the rotor 11, which is arranged radially essentially outside the stator 12. An air gap 21 is formed between rotor 11 and stator 12.
  • a shaft 13 is formed in the area of the fan axis, which is fixedly connected to the rotor 11 and which extends partly within the stator 12. It is rotatably connected to the stator 12 via the bearings 18.
  • the stator 12 has, inter alia, a receiving space 17 for electronic components. Permanent magnets, which are not explicitly shown, are present in the radially outer region of the rotor 11.
  • the shaft 13 extends on the side facing the stator 12 beyond the rotor 11, in the area of the inlet nozzle 5.
  • the volume flow meter 2 with respect to the Shaft 13 attached to rotate freely.
  • the volume flow measuring wheel 2 can assume a rotational speed independent of the rotational speed of the rotor 11 of the motor 4.
  • the speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 is defined by the air volume flow that enters the impeller 3 from the right through the inlet nozzle 5 and is conveyed by the fan as a result of its speed of rotation. It is measured by a sensor system and used to determine the air volume flow. It can be seen that in the embodiment, the volume flow measuring wheel 2 extends only over a radially inner sub-area of the flow surface of the inlet nozzle 5.
  • FIG. 4 shows from the side and in section on a plane through the fan axis the fan 1 with a volume flow measuring wheel 2 according to FIG. 1.
  • the volume flow measuring wheel 2 with its blades 6 extends radially almost over the entire flow surface of the inlet nozzle 5, which leads to an even more precise detection of the air volume flow. This is especially true if there are disturbed, asymmetrical inflow conditions.
  • such a volume flow measuring wheel 2 is also larger, more agile to manufacture and leads to major disturbances that are superimposed on the inflow and which can lead to increased acoustics and reduced levels of effectiveness.
  • the volume flow measuring wheel 2 has a rotational speed relative to the rotor 11 of the motor 4 during operation.
  • the speed relative to the rotor 11 can be determined and added to the speed of rotation of the rotor 11, or the The speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 can be determined directly with regard to the system at rest, for example with regard to the stator 12.
  • Optical accessibility between the stator 12 and the blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 can be implemented, for example, via openings 14 on the rotor 11.
  • the openings 14 also have the function of enabling a flow of cooling air through the air gap 21 towards the inflow area of the fan impeller 3.
  • provisions can be provided on one or more blades 6 of the volume flow measuring wheel 2, for example reflectors, permanent magnets or electrical components such as coils or Hall sensors.
  • An alternating magnetic field which occurs on the volume flow measuring wheel 2 as a result of the relative speed to the rotor 11 provided with permanent magnets can be used.
  • Sensors or signal transmitters such as permanent magnets, acoustic signal transmitters or light-emitting diodes can also be attached to stationary parts (stator 12 or inlet nozzle 5).
  • the sensor signals can be processed and further used in electronics, which are advantageously installed in the receiving area 17.
  • FIG. 5 shows in a perspective view, seen at an angle from the inflow side, a further embodiment of a volume flow measuring wheel 2. It has a hub 7 with a receiving area 20 for bearings and vanes 6 which are connected to the hub 7 at a transition 25.
  • the transition 25 is rounded in order to have good strength.
  • the vanes 6 have inflow edges 23 which, viewed in the flow direction, lie at the front of the vanes 6, and outflow edges 24, which, seen in the flow direction, lie at the rear of the vanes 6.
  • the wings 6 in the exemplary embodiment and their inflow edges 23 and their outflow edges 24 are strongly curved.
  • an inner part 32 of the inflow edges 23 is optimized and suitable for a more axially parallel inflow and an outer part 33 is optimized or suitable for a more radial inflow, for example towards the axis.
  • the inflow edge 23 or the wing 6 is strongly curved.
  • receiving areas 22 are formed for one magnet each.
  • the magnets are used to record the speed in conjunction with a sensor located opposite the magnets during operation, advantageously a Hall sensor.
  • the magnets can be cast in, glued in, pressed in or otherwise attached to one or more wings 6. Overall, it is advantageous to have at least two magnets evenly distributed over the circumference in order to avoid an excessive unbalance of the volume flow measuring wheel 2.
  • FIG. 6 shows, in a perspective view, seen obliquely from the outflow side, the volume flow measuring wheel 2 according to FIG. 5 with an inflow grille 26 on which it is attached and supported.
  • An inflow grille 26 is attached in front of an inlet nozzle 5 of a fan 1 in accordance with the illustration in FIG.
  • a different type of support structure can also be used for a volume flow meter 2 as long as it does not significantly impair the inflow to the inlet nozzle 5, for example a contact protection grille or a support structure.
  • the inflow grille 26 according to the embodiment shown is fastened to the fastening provisions 27 on the fan 1 or a nozzle 5 or a nozzle plate 29 (see FIG. 8).
  • the conveying medium flows through the inflow grille 26 through flow openings 28 which are designed so that the losses during the flow are low.
  • the inflow grille 26 can even increase the efficiency of the fan and reduce the noise emission by equalizing the inflow conditions.
  • the volume flow measuring wheel 2 is rotatably mounted on the inflow grille 26 in the area of the fan axis, which roughly coincides with the axis of the inflow grille 26, within the inflow grille 26, i.e. in the flow direction after the inflow grille 26 the inflow grille 26 connected axis 34, which is integrated or attached to the inflow grille 26.
  • the volume flow measuring wheel 2 rotates relative to the inflow grille 26, and by measuring its speed, the delivery volume flow can be determined with good accuracy during operation.
  • the equalization of the inflow through the inflow grille 26 also has an advantageous effect on the accuracy and the temporal stability of the volume flow measurement, in particular in the case of asymmetrical or turbulent inflows.
  • the inflow edges 23 of the blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 are facing the inflow grille 26 and follow the inner contour of the inflow grille 26 at a distance. a large part of the area flowed through, for example at least 90%.
  • the inflow grille 26 has a more radial flow in a radially outer region and an axial flow in a radially inner region.
  • the volume flow measuring wheel 2 with its inner part 32 and the outer part 33, as already described for FIG. 5, is well adapted to this flow pattern.
  • FIG. 7 shows a perspective view obliquely from the inflow side of the fan 1 with an inflow grille 26 according to FIG. 6.
  • the inflow grille 26 is fastened to fastening devices 27 on the fan 1, here on the nozzle plate 29, for example by means of screws (not shown).
  • An inlet nozzle 5 is integrated or attached to the nozzle plate 29 (see FIG. 8), which cannot be seen in FIG. 7 because of the inflow grille 26.
  • the to flow grille 26 has a closed central area 30, which is good for it suitable to mount a volume flow measuring wheel there, namely on the inside of the inflow grille 26, which is not visible here.
  • the entire conveying medium volume flow passes through the inflow grille 26. In a radially outer area, more towards the nozzle plate 26, the inlet speeds are more radially directed. In an area closer to the axis or the central area, the entry speeds are oriented more axially.
  • FIG. 8 shows in a perspective view and in section on a plane through the axis of rotation of the impeller 3 the fan 1 according to FIG. 7.
  • the illustration clearly shows the volume flow measuring wheel 2 and its mounting on the inflow grille 26.
  • the central area 30 of the inflow grille 26 is over a receiving area 31 an axis 34 for mounting the volume flow measuring wheel 2 fixedly and approximately coaxially to the axis of the impeller 3.
  • the receiving area 31 can be integrated in one piece into the inflow grille 26 or, for example, can be clipped or glued onto the inflow grille 26 as a separate part.
  • the axis 34 can be cast, glued, pressed or the like in the receiving area 31.
  • the volume flow measuring wheel 2 is mounted on the axle 34 by means of bearings.
  • the bearings are used on the volume flow measuring wheel 2 in receptacles 20 provided for this purpose within the hub 7.
  • the volume flow measuring wheel 2 can thereby rotate freely with respect to the inflow grille 26 and independently of the rotor 11 of the motor 4, which drives the impeller 3 of the fan 1.
  • the impeller 3 of the fan 1 is attached to the rotor 11 of the motor 4 with a fastening device 15, which here is a circular sheet metal that is cast into the impeller 3 and pressed onto the rotor 11.
  • a fastening device 15 which here is a circular sheet metal that is cast into the impeller 3 and pressed onto the rotor 11.
  • the volume flow measuring wheel 2 is mounted here on an axis 34 which is also in operation with the fan. This is advantageous in particular for low bearing friction, since the volume flow measuring wheel 2 advantageously rotates considerably more slowly over wide operating ranges than the rotor 11 or the impeller 3 on which the volume flow measuring wheel 2 according to FIGS. 1 to 4 is mounted. Another advantage of the embodiment according to FIGS.
  • volume flow measuring wheel is further away from the impeller 3 with its blades 9 and thus the interaction between the impeller 3 and blades 9 and volume flow measuring wheel 2 in the form of a speed or operating point dependency is lower. This enables a more precise determination of the volume flow of the conveyed medium without taking the impeller speed into account.
  • the speed of the volume flow measuring wheel during operation can be determined, for example, as described above.
  • one or more magnets are attached or integrated on the volume flow measuring wheel 2, or the volume flow measuring wheel 2 is magnetized in some form (see FIG. 5).
  • a sensor for example a Hall sensor, must be attached to a stationary part opposite the rotational path of the magnets, which determines the speed of the volume flow measuring wheel 2 in interaction with the magnets.
  • Such a sensor can, for example, advantageously be integrated into the inflow grille 26 or attached to the inflow grille 26 or on the inside of the nozzle plate 29 or the inlet nozzle 5. It can also advantageously be attached to a suitable carrier part in the area of the fastening devices 27 (see FIG. 7) the inflow grille 26 are attached.
  • the fan 1 can comprise other components, not shown.

Abstract

The invention relates to a fan, particularly an axial-flow fan and preferably a backward-curved centrifugal fan, comprising an impeller wheel provided with wings, an electric motor for rotating the impeller wheel, and a device for determining the air flow when the impeller wheel is rotating. The device for determining the air flow comprises a volumetric flow measuring wheel which is positioned in the air flow in front of the impeller wheel on the inflow side. The volumetric air flow is calculated or derived from the rotational speed of the volumetric flow measuring wheel.

Description

VENTILATOR FAN
Die Erfindung betrifft einen Ventilator, insbesondere Axialventilator und vorzugs weise rückwärts gekrümmter Radialventilator. Zum grundsätzlichen Aufbau eines Ventilators sei lediglich beispielhaft auf die DE 10 2017 209 291 A1 verwiesen. The invention relates to a fan, in particular an axial fan and preferably a backward curved radial fan. For the basic structure of a fan, reference is made to DE 10 2017 209 291 A1 by way of example only.
Ein solcher Ventilator hat ein mit Flügeln bestücktes Laufrad, welches über einen elektrischen Motor angetrieben ist. Insbesondere zum Zwecke der Regelung eines solchen Ventilators besteht der Bedarf, den Volumenstrom im Betrieb des Venti lators zu ermitteln. Dies erfolgt bislang ausschließlich auf Grundlage elektrischer Daten (insbesondere des gezogenen Stroms) des Elektromotors. Aufgrund der Zweideutigkeit in der Momentenkennlinie lässt sich jedoch der Volumenstrom nicht eindeutig berechnen. Auch ist aus der Praxis die Volumenstromberechnung mit Hilfe von Wirkdruckmessungen bekannt. Dies ist aufwändig und für viele An wendungen mit zu großen Ungenauigkeiten verbunden. Such a fan has an impeller equipped with blades, which is driven by an electric motor. In particular, for the purpose of regulating such a fan, there is a need to determine the volume flow during operation of the fan. So far, this has only been done on the basis of electrical data (in particular the current drawn) from the electric motor. However, due to the ambiguity in the torque characteristic, the volume flow cannot be calculated clearly. The volume flow calculation with the aid of differential pressure measurements is also known from practice. This is complex and associated with excessive inaccuracies for many applications.
Gerade bei vorwärtsgekrümmten Radialventilatoren erfolgt die Volumenstrombe stimmung häufig über das Wellenmoment. Ansonsten erfolgt die Volumenstrombe stimmung über Wirkdruckmessung oder mittels Flügelradanemometer, nicht selten abströmseitig am Ventilator. Hierzu sei auf die WO 2018/036802 A1 verwiesen. Die aus der Praxis bekannten Messungen bzw. Ermittlungen des Luftvolumen stroms sind einerseits aufwändig und andererseits ungenau. Als Basis für eine Ventilatorregelung (Volumenstromkonstantregelung) sind sie daher nur bedingt geeignet. Especially with forward-curved centrifugal fans, the volume flow rate is often determined via the shaft torque. Otherwise, the volume flow is determined by measuring the differential pressure or using a vane anemometer, often on the downstream side of the fan. For this, reference is made to WO 2018/036802 A1. The measurements and determinations of the air volume flow known from practice are on the one hand complex and on the other hand imprecise. They are therefore only suitable to a limited extent as the basis for fan control (constant volume flow control).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einfachen technischen Mitteln eine Volumenstrombestimmung im Betrieb des Ventilators möglich ist. Anhand einer solchen Volumenstrombestimmung soll es möglich sein, einen einfachen Regelungsmechanismus für den Ventilator zu schaffen. Außerdem soll sich der erfindungsgemäße Ventilator von wettbewerb lichen Produkten unterscheiden. Voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist dem Ventilator eine Einrichtung zur Ermittlung des Luftstroms bei drehendem Laufrad zugeordnet. Diese Einrichtung umfasst ein im Luftstrom angeordnetes Volumenstrommessrad, welches zuströmseitig vor dem Laufrad angeordnet ist. Der Luftvolumenstrom wird aus der Drehzahl des Volumenstrommessrads be rechnet oder hergeleitet. Es liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus der Drehzahl eines solchen Volumenstrommessrads in hinreichend guter Genauigkeit auf den Luftvolumenstrom des Ventilators geschlossen werden kann. Die dazu erforder liche bauliche Maßnahme, nämlich die Vorkehrung eines Volumenstrommessrads nebst gegebenenfalls weiterer Hardware und Software, ist denkbar einfach und lässt sich in einen herkömmlichen Ventilator mühelos integrieren, und zwar sowohl in Bezug auf das Volumenstrommessrad als auch in Bezug auf zusätzliche Komponenten der Einrichtung, die später noch erörtert werden. The present invention is therefore based on the object of designing and developing a fan of the generic type in such a way that it is possible to determine the volume flow while the fan is in operation using simple technical means. Using such a volume flow determination, it should be possible to create a simple control mechanism for the fan. In addition, the fan of the invention should differ from competitive union products. The above object is achieved by the features of claim 1. A device for determining the air flow when the impeller is rotating is then assigned to the fan. This device comprises a volume flow measuring wheel arranged in the air flow, which is arranged on the inflow side in front of the impeller. The air volume flow is calculated or derived from the speed of the volume flow measuring wheel. It is based on the knowledge that the air volume flow of the fan can be inferred from the speed of such a volume flow measuring wheel with sufficiently good accuracy. The structural measure required for this, namely the provision of a volume flow rate measuring wheel and, if necessary, additional hardware and software, is extremely simple and can be easily integrated into a conventional fan, both with regard to the volume flow rate measuring wheel and with regard to additional components of the facility, which will be discussed later.
In vorteilhafter Weise ist das Volumenstrommessrad in etwa koaxial zur Laufrad achse angeordnet, wodurch sich die Lagerung des Volumenstrommessrads ver einfacht. Gleiches gilt für die motornahe Anordnung des Volumenstrommessrads. Durch beide Maßnahmen ist nicht nur eine einfache Lagerung des Volumenstrom messrads möglich, sondern es findet obendrein eine allenfalls geringe Be hinderung des Luftstroms durch das Volumenstrommessrad statt. Außerdem ist es denkbar, die konkrete Ausgestaltung des Volumenstrommessrads zur positiven Beeinflussung der Strömung, einerseits in Bezug auf die Geräuschentwicklung und andererseits in Bezug auf die Leistung bzw. den Wirkungsgrad, positiv zu nutzen, zumal das Volumenstrommessrad zuströmseitig angeordnet ist. Advantageously, the volume flow measuring wheel is arranged approximately coaxially to the impeller axis, which simplifies the storage of the volume flow measuring wheel. The same applies to the arrangement of the volume flow meter close to the engine. Both measures not only allow simple storage of the volume flow measuring wheel, but there is also at most a slight hindrance to the air flow through the volume flow measuring wheel. In addition, it is conceivable to use the specific design of the volume flow meter to positively influence the flow, on the one hand in terms of noise development and on the other hand in terms of performance or efficiency, especially since the volume flow meter wheel is arranged on the inflow side.
In Bezug auf die Anbringung des Volumenstrommessrads ist es denkbar, dass dieses an einer zuströmseitig vor dem Laufrad, insbesondere vor einer Einlauf düse angeordneten Struktur gelagert ist. Bei dieser Struktur handelt es sich in weiter vorteilhafter Weise um ein funktionales Bauteil des Ventilators, bei spielsweise um ein Schutzgitter oder ein Zuströmgitter. So lassen sich vorhandene funktionale Bauteile des Ventilators ohne weiteren konstruktiven Aufwand nutzen. Bei dem Volumenstrommessrad handelt es sich um ein drehendes Rad. Ent sprechend ist dieses drehbar auf einer Welle gelagert, vorzugsweise auf einer ge gebenenfalls verlängerten Welle des Motors. With regard to the attachment of the volume flow measuring wheel, it is conceivable that it is mounted on a structure arranged on the inflow side in front of the impeller, in particular in front of an inlet nozzle. In a further advantageous manner, this structure is a functional component of the fan, for example a protective grille or an inflow grille. Existing functional components of the fan can thus be used without any further design effort. The volume flow measuring wheel is a rotating wheel. Accordingly, it is rotatably mounted on a shaft, preferably on an optionally extended shaft of the motor.
Das Volumenstrommessrad erstreckt sich über den Durchströmungsquerschnitt im Einströmbereich des Ventilators hinweg, wobei der Außenradius des Volumen- strommessrads bei einer vorteilhaften Ausführungsform weniger als 75 % des maximalen Radius des zugeordneten Durchströmquerschnitts beträgt. The volume flow measuring wheel extends across the flow cross section in the inflow area of the fan, the outer radius of the volume flow measuring wheel in an advantageous embodiment being less than 75% of the maximum radius of the assigned flow cross section.
Bereits zuvor ist ausgeführt worden, dass es auf das Signal des Volumenstrom- messrads ankommt, aus dem Messwerte abgeleitet werden. Das Signal des Volumenstrommessrads kann mittels elektrischer und/oder magnetischer und/oder akustischer und/oder schwingungstechnischer Sensorik/Sensoren generiert werden. So können induktive Messungen, Messungen mit einem Hallsensor, optische Messungen, akustische Messungen oder aber auch Schwingungs messungen herangezogen werden. Entsprechend sind magnetische und/oder lichtreflektierende und/oder elektrische Bauteile am/im Volumenstrommessrad und/oder am/im Rotor des Motors und/oder am/in einer Einlaufdüse des Ventilators angeordnet. Mit Hilfe der hier zusätzlich vorgesehenen Sensorik lassen sich Wechselwirkungen zwischen den Bauteilen des Ventilators, insbesondere des Motors und der Sensorik, nutzen. It has already been stated earlier that the signal from the volume flow measuring wheel is important, from which the measured values are derived. The signal from the volume flow measuring wheel can be generated by means of electrical and / or magnetic and / or acoustic and / or vibration-related sensors / sensors. Inductive measurements, measurements with a Hall sensor, optical measurements, acoustic measurements or even vibration measurements can be used. Accordingly, magnetic and / or light-reflecting and / or electrical components are arranged on / in the volume flow measuring wheel and / or on / in the rotor of the motor and / or on / in an inlet nozzle of the fan. With the aid of the sensors additionally provided here, interactions between the components of the fan, in particular the motor and the sensors, can be used.
Physikalische Größen oder zusammengesetzte Größen sind zur Bestimmung des Luftvolumenstroms ermittelbar. So lässt sich beispielsweise die Wechselwirkung der Rotormagnete mit einem elektrischen Element auf dem Volumenstrom messrad nutzen. Der optische Zugang zwischen Stator und Volumenstrom messrad durch Öffnungen am Rotor kann ebenso genutzt werden. Auch lassen sich optische Zugänge zwischen Stator des Motors und dem Volumen strommessrad nutzen. Außerdem können elektrische Signale über elektrisch leitende Bauteile, beispielsweise über die Welle des Motors/Volumenstrom- messrads, übertragen werden. Die akustische Signatur des Volumenstrommess rads kann gemessen und ebenso genutzt werden. Insbesondere lassen sich auch akustische Erscheinungen/Signaturen, aus durch Interaktionen mit dem Laufrad bzw. dessen Flügeln resultieren, nutzen. Magnetische und/oder lichtreflektierende und/oder elektrische Bauteile, die Be standteil der Einrichtung zur Ermittlung des Luftstroms sind, können in vorteilhafter Weise am oder im Volumenstrommessrad, am oder im Rotor des Motors und/oder an oder in einer Einlaufdüse des Ventilators und/oder an einer zuströmseitig vor dem Laufrad angeordneten Struktur angeordnet sein. Entsprechend den voran stehenden Ausführungen lassen sich Wechselwirkungen zwischen den Bauteilen des Ventilators und den zuvor genannten Elementen nutzen, um physikalische Größen oder zusammengesetzte Größen zur Bestimmung des Luftstroms zu erhalten. Physical quantities or composite quantities can be determined to determine the air volume flow. For example, the interaction of the rotor magnets with an electrical element on the volume flow measuring wheel can be used. The optical access between the stator and the volume flow measuring wheel through openings on the rotor can also be used. Optical accesses between the stator of the motor and the volume flow meter can also be used. In addition, electrical signals can be transmitted via electrically conductive components, for example via the shaft of the motor / volume flow measuring wheel. The acoustic signature of the volume flow meter can be measured and used as well. In particular, acoustic phenomena / signatures resulting from interactions with the impeller or its blades can also be used. Magnetic and / or light-reflecting and / or electrical components that are part of the device for determining the air flow can be advantageously on or in the volume flow measuring wheel, on or in the rotor of the motor and / or on or in an inlet nozzle of the fan and / or be arranged on a structure arranged on the inflow side in front of the impeller. According to the above explanations, interactions between the components of the fan and the elements mentioned above can be used to obtain physical quantities or composite quantities for determining the air flow.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Luftvolumenstrom ohne Einfluss der Dreh zahl des Laufrads oder unter Berücksichtigung eines die Drehzahl des Laufrads zumindest ansatzweise berücksichtigenden Korrekturfaktors ermittelt wird. Auch kann aus den Signalen des Volumenstrommessrads die Drehzahl des Volumen- strommessrads direkt bezüglich eines Referenzsystems ermittelt werden. Alternativ lässt sich aus den Signalen des Volumenstrommessrads die Drehzahl des Volumenstrommessrades relativ zu der Drehzahl des Laufrads des Ventilators ermitteln. In principle, it is conceivable that the air volume flow is determined without the influence of the speed of the impeller or taking into account a correction factor which at least rudimentarily takes into account the speed of the impeller. The speed of the volume flow measuring wheel can also be determined directly with reference to a reference system from the signals from the volume flow rate measuring wheel. Alternatively, the speed of the volume flow measuring wheel relative to the speed of the impeller of the fan can be determined from the signals of the volume flow measuring wheel.
Weiter kann aus den Signalen des Volumenstrommessrads die Drehzahl des Volumenstrommessrads als Summe aus der Drehzahl des Laufrads und der Relativdrehzahl zwischen Laufrad und Volumenstrommessrad ermittelt werden. Wesentlich ist eine zuverlässige Ermittlung des Luftvolumenstroms. Furthermore, the speed of the volume flow measuring wheel can be determined from the signals of the volume flow measuring wheel as the sum of the speed of the impeller and the relative speed between the impeller and the volume flow measuring wheel. A reliable determination of the air volume flow is essential.
Die Hardwarekomponenten der Einrichtung zur Ermittlung des Luftstroms sind vor zugsweise unabhängig vom Laufrad dem Motor zugeordnet bzw. in den Motor integriert. Folglich bedingt die Einrichtung zur Ermittlung des Luftvolumenstroms keinen weiteren Bauraum. Das Volumenstrommessrad nutzt den ohnehin einlass seitig vorhandenen Raum und kann zur Begünstigung der Strömung und Ge räuschreduktion positiv genutzt werden. The hardware components of the device for determining the air flow are preferably assigned to the motor or integrated into the motor independently of the impeller. Consequently, the device for determining the air volume flow does not require any additional installation space. The volume flow meter uses the space already available on the inlet side and can be used positively to promote the flow and reduce noise.
Die Hardwarekomponenten der Einrichtung zur Ermittlung des Luftstroms sind bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unabhängig vom Laufrad im Wesent lichen der zuströmseitigen Struktur vor dem Laufrad zugeordnet bzw. in diese inte- griert. Folglich bedingt die Einrichtung zur Ermittlung des Luftvolumenstroms keinen weiteren Bauraum. Das Volumenstrommessrad nutzt den ohnehin einlass seitig vorhandenen Raum und kann zur Begünstigung der Strömung und Ge räuschreduktion positiv genutzt werden. Die in die zuströmseitige Struktur integrierte Volumenstrommesseinrichtung kann bei Bedarf modular für Venti latoren, unabhängig von deren Laufrad, eingesetzt werden. Vorteilhaft können bei verschiedenen Laufrädern, Einlaufdüsen, Nachleitapparaten oder Einbau situationen unterschiedliche Kalibrierwerte für die Bestimmung des Volumen stroms in Abhängigkeit der Drehzahl des Volumenstrommessrads und ggf. des Laufrads hinterlegt und genutzt werden. In a further advantageous embodiment, the hardware components of the device for determining the air flow are essentially assigned to the inflow-side structure in front of the impeller or are integrated into it, independently of the impeller. grated. Consequently, the device for determining the air volume flow does not require any additional installation space. The volume flow meter uses the space already available on the inlet side and can be used positively to promote the flow and reduce noise. The volume flow meter integrated in the structure on the inflow side can, if required, be used in a modular fashion for fans, regardless of their impeller. With different impellers, inlet nozzles, guide devices or installation situations, different calibration values can advantageously be stored and used for determining the volume flow depending on the speed of the volume flow measuring wheel and, if applicable, the impeller.
Des Weiteren ist von besonderer Bedeutung, dass die Signale und die daraus resultierenden Messdaten des Volumenstrommessrads, insbesondere der aus den Signalen und Messdaten ermittelte Luftstrom, einer Regelung des Ventilators zu geführt wird. Diese Regelung kann insbesondere zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren Volumenstroms dienen. Dies gilt insbesondere auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen. So ist mit einfachen Mitteln ein Regelungsmechanismus geschaffen. Furthermore, it is of particular importance that the signals and the measurement data of the volume flow measuring wheel resulting therefrom, in particular the air flow determined from the signals and measurement data, are fed to a control of the fan. This regulation can serve in particular to maintain a predetermined or predeterminable volume flow. This also applies in particular to changing operating conditions. A regulating mechanism is created with simple means.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nach folgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ventilators anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen There are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand, reference is made to the claims subordinate to claim 1 and, on the other hand, to the following explanation of preferred embodiments of a fan according to the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and developments of the teaching are also explained. Show in the drawing
Fig. 1 in axialer Draufsicht von der Zuströmseite aus gesehen ein Aus führungsbeispiel eines Ventilators mit erfindungsgemäßem Volumen strommessrad, welches sich nahezu über den gesamten radialen Be reich des Durchströmquerschnittes erstreckt, Fig. 2 in axialer Draufsicht von der Zuströmseite aus gesehen ein Aus führungsbeispiel eines Ventilators mit erfindungsgemäßem Volumen strommessrad, welches sich lediglich über einen radial innen liegenden Teilbereich des Durchströmquerschnittes erstreckt, Fig. 1 in an axial plan view from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan with inventive volume flow measuring wheel, which extends almost over the entire radial loading area of the flow cross-section, Fig. 2 in an axial plan view from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan with inventive volume flow measuring wheel, which extends only over a radially inner portion of the flow cross-section,
Fig. 3 von der Seite und im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilator achse gesehen den Ventilator mit einem Volumenstrommessrad ge mäß Figur 2, Fig. 3 seen from the side and in section on a plane through the fan axis, the fan with a volume flow measuring wheel according to Figure 2,
Fig. 4 von der Seite und im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilator achse gesehen den Ventilator mit einem Volumenstrommessrad gemäß Figur 1 , Fig. 4 seen from the side and in section on a plane through the fan axis, the fan with a volume flow meter according to Figure 1,
Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Zuströmseite aus gesehen eine weitere Ausführungsform eines Volumenstrommess rades, welches einen stark gekrümmten Verlauf seiner Flügel bzw. deren Zuströmkanten aufweist, Fig. 5 in a perspective view, seen obliquely from the inflow side, a further embodiment of a volume flow measuring wheel, which has a strongly curved course of its wings or their inflow edges,
Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Abströmseite eines 6 in a perspective view at an angle from the downstream side of a
Zuströmgitters aus gesehen das Volumenstrommessrad gemäß Figur 5, welches an einem Zuströmgitter angebracht ist, As seen from the inflow grille, the volume flow measuring wheel according to Figure 5, which is attached to an inflow grille,
Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Zuströmseite aus gesehen einen Ventilator mit einem Zuströmgitter gemäß Figur 6, und FIG. 7 shows, in a perspective view at an angle from the inflow side, a fan with an inflow grille according to FIG. 6, and FIG
Fig. 8 in einer perspektivischen Ansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades gesehen den Ventilator gemäß Figur 7, wobei das Volumenstrommessrad und seine Lagerung am Zuströmgitter gut zu erkennen sind. 8, seen in a perspective view and in section on a plane through the axis of rotation of the impeller, the fan according to FIG. 7, the volume flow measuring wheel and its mounting on the inflow grille being clearly visible.
Figur 1 zeigt in axialer Draufsicht und von der Zuströmseite aus gesehen ein Aus führungsbeispiel eines Ventilators 1 mit Volumenstrommessrad 2. Das Volumen- strommessrad 2 erstreckt sich nahezu über den gesamten radialen Bereich des Durchströmquerschnittes der Einströmdüse 5, etwa an deren engster Stelle. Das Volumenstrommessrad 2 besteht im Wesentlichen aus einer Nabe 7 und daran befestigten Flügeln 6. Im Ausführungsbeispiel sind 3 Flügel 6 vorhanden, um die Störung, die das Volumenstrommessrad 2 in die Zuströmung zum Ventilatorlauf rad 3 bzw. dessen Flügel 9 einbringt, so gering wie möglich zu halten. Eine Aus führungsform mit 2 bis 13 Flügeln 6 ist denkbar. Figure 1 shows an axial plan view and seen from the inflow side from an exemplary embodiment of a fan 1 with volume flow measuring wheel 2. The volume The flow measuring wheel 2 extends almost over the entire radial area of the flow cross section of the inflow nozzle 5, for example at its narrowest point. The volume flow measuring wheel 2 essentially consists of a hub 7 and blades 6 attached to it. In the exemplary embodiment, there are 3 blades 6 in order to minimize the disturbance that the volume flow measuring wheel 2 introduces into the inflow to the fan wheel 3 or its blades 9 to keep. From an embodiment with 2 to 13 wings 6 is conceivable.
Das Volumenstrommessrad 2 ist rotierend mittels eines Lagers 19 (siehe Figur 3) auf einer Welle 13 gelagert. Im Ausführungsbeispiel rotiert die Welle 13 mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 11 des Motors 4 bzw. des Laufrads 3 des Ventilators 1. Es handelt sich um eine verlängerte Welle des Motors 4. Durch die Lagerung mit möglichst niedrigem Reibungsmoment (Kugellager, Gleitlager o.ä.) kann das Volumenstrommessrad 2 frei und unabhängig von der Welle 13 und deren Rotationsbewegung rotieren. Die Rotationsgeschwindigkeit des Volumen strommessrades 2 ist ein gut geeigneter Indikator des Luftvolumenstromes, welcher durch die Einströmdüse 5 ins Ventilatorlaufrad 3 eintritt, also des Luft volumenstromes, der vom Ventilator 1 gefördert wird. Um den Volumenstrom zu bestimmen, muss die Rotationsgeschwindigkeit des Volumenstrommessrades 2 bestimmt werden. The volume flow measuring wheel 2 is rotatably mounted on a shaft 13 by means of a bearing 19 (see FIG. 3). In the exemplary embodiment, the shaft 13 rotates with the speed of rotation of the rotor 11 of the motor 4 or the impeller 3 of the fan 1. It is an elongated shaft of the motor 4. Due to the bearing with the lowest possible frictional torque (ball bearings, slide bearings, etc.) ) the volume flow measuring wheel 2 can rotate freely and independently of the shaft 13 and its rotational movement. The speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 is a well-suited indicator of the air volume flow which enters the fan impeller 3 through the inlet nozzle 5, i.e. the air volume flow that is conveyed by the fan 1. In order to determine the volume flow, the speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 must be determined.
Figur 2 zeigt in axialer Draufsicht und von der Zuströmseite aus gesehen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilators 1 mit Volumenstrommessrad 2. Das Volumenstrommessrad 2 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich über einen radial innen liegenden Teilbereich des Durchströmquerschnitts der Einströmdüse 5 hinweg. Dadurch kann die Genauigkeit der Luftvolumen strombestimmung, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 , geringfügig reduziert sein. Allerdings ist das Volumenstrommessrad 2 kompakter, günstiger zu fertigen und bringt geringere Störungen in die durch eine Ein strömdüse 5 einströmende Luft ein, was Vorteile hinsichtlich des erzeugten Lärms und des Wirkungsgrades haben kann. FIG. 2 shows, in an axial plan view and viewed from the inflow side, a further exemplary embodiment of a fan 1 with a volume flow measuring wheel 2. In this exemplary embodiment, the volume flow measuring wheel 2 extends only over a radially inner portion of the flow cross section of the inflow nozzle 5. As a result, the accuracy of the air volume flow determination can be slightly reduced compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1. However, the volume flow measuring wheel 2 is more compact, cheaper to manufacture and brings less interference into the air flowing through a stream nozzle 5, which can have advantages in terms of the noise generated and the efficiency.
Die Flügel 6 des Volumenstrommessrades 2 sind in spezieller Weise ausgebildet, sodass sich infolge des Luftvolumenstroms eine geeignete, der Fördermenge etwa proportionale Drehzahl des Volumenstrommessrad 2 einstellt. Die Proportionali tätskonstante dieses Verhältnisses kann durch die Auslegung der Flügel 6 ge steuert werden. Die Flügel 6 weisen vorteilhaft im Querschnitt ein Profil ähnlich dem eines Tragflügels bei Flugzeugen auf. Die Hinterkante der Flügel 6 ist vorteilhaft dünn, möglichst < 1 mm. Die Flügel 6 sind vorteilhaft verwunden, das heißt, der Flügelwinkel variiert über den Radius, also den Abstand zur Ventilator achse. Die Zuströmkante hat eher gerundete Form, ohne Knicke und Kanten. Am radial äußeren Ende sind die Flügel 6 frei auslaufend. Bei anderen Ausführungs formen könnten sie durch einen Ring miteinander verbunden sein, was vorteilhaft für die Stabilität des Volumenstrommessrades 2 ist, allerdings einen zusätzlichen Strömungswiderstand für die einströmende Luft bedeutet. Im Ausführungsbeispiel weisen die Flügel 6 im Wesentlichen einen Verlauf entlang eines Radialstrahls von der Ventilatorachse aus gesehen auf, wodurch erreicht wird, dass die Biegebe lastung und -Verformung im Betrieb infolge der Rotationsgeschwindigkeiten niedrig bleibt. Das radial äußere Ende der Flügel des Volumenstrommessrades kann bei anderen Ausführungsformen auch in spezieller Weise gestaltet sein, beispiels weise ähnlich der eines Winglets oder spitz zulaufend. Flügel eines Volumen strommessrades können auch schlaufenartig gestaltet bzw. in einem radial äußeren Bereich jeweils paarweise miteinander verbunden sein. The blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 are designed in a special way, so that, as a result of the air volume flow, there is a suitable, for example, the delivery rate sets the proportional speed of the volume flow rate measuring wheel 2. The proportionality constant of this ratio can be controlled by the design of the wing 6 ge. The wings 6 advantageously have a cross-section similar to that of a wing in aircraft. The rear edge of the wings 6 is advantageously thin, if possible <1 mm. The blades 6 are advantageously twisted, that is, the blade angle varies over the radius, so the distance to the fan axis. The inflow edge has a more rounded shape, without kinks and edges. At the radially outer end, the wings 6 taper freely. In other forms of execution they could be connected to one another by a ring, which is advantageous for the stability of the volume flow meter 2, but means an additional flow resistance for the incoming air. In the exemplary embodiment, the blades 6 essentially have a course along a radial beam as viewed from the fan axis, which means that the bending load and deformation during operation as a result of the rotational speeds remains low. The radially outer end of the blades of the volume flow measuring wheel can also be designed in a special way in other embodiments, for example similar to that of a winglet or tapering to a point. The blades of a volume flow measuring wheel can also be designed like loops or connected to one another in pairs in a radially outer area.
Figur 3 zeigt von der Seite und im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilator achse den Ventilator 1 mit einem Volumenstrommessrad 2 gemäß Figur 2. Im Betrieb wird das Ventilatorlaufrad 3, welches im Wesentlichen aus einem Naben ring 10, einem Deckring 8 und sich dazwischen erstreckenden Flügeln 9 besteht, von einem Motor 4 angetrieben. Das Ventilatorlaufrad 3 ist mittels einer Be festigungsvorkehrung 15 am Rotor 11 des Motors 4 befestigt. Im Ausführungs beispiel ist der Motor 4 ein Außenläufermotor, aufgebaut aus dem Rotor 11 , der radial im Wesentlichen außerhalb des Stators 12 angeordnet ist. Zwischen Rotor 11 und Stator 12 ist ein Luftspalt 21 ausgebildet. Um den Rotor 11 bezüglich des Stators 12 zu lagern, ist im Bereich der Ventilatorachse eine Welle 13 ausgebildet, welche fest mit dem Rotor 11 verbunden ist, und welche sich zum Teil innerhalb des Stators 12 erstreckt. Sie ist über die Lager 18 mit dem Stator 12 rotierend verbunden. Der Stator 12 weist unter anderem einen Aufnahmeraum 17 für elektronische Komponenten auf. Im Rotor 11 sind im radial äußeren Bereich nicht explizit dargestellte Permanentmagnete vorhanden. Figure 3 shows from the side and in section on a plane through the fan axis, the fan 1 with a volume flow measuring wheel 2 according to Figure 2. In operation, the fan impeller 3, which consists essentially of a hub ring 10, a cover ring 8 and extending therebetween There are blades 9, driven by a motor 4. The fan impeller 3 is fastened to the rotor 11 of the motor 4 by means of a fastening device 15. In the embodiment, the motor 4 is an external rotor motor, built up from the rotor 11, which is arranged radially essentially outside the stator 12. An air gap 21 is formed between rotor 11 and stator 12. In order to mount the rotor 11 with respect to the stator 12, a shaft 13 is formed in the area of the fan axis, which is fixedly connected to the rotor 11 and which extends partly within the stator 12. It is rotatably connected to the stator 12 via the bearings 18. The stator 12 has, inter alia, a receiving space 17 for electronic components. Permanent magnets, which are not explicitly shown, are present in the radially outer region of the rotor 11.
Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Welle 13 auf der dem Stator 12 abge legenen Seite über den Rotor 1 1 hinaus, in den Bereich der Einlaufdüse 5. Auf der Welle 13 ist in diesem Bereich, verbunden mittels eines Lagers 19, das Volumen strommessrad 2 bezüglich der Welle 13 frei rotierend befestigt. Dadurch kann das Volumenstrommessrad 2 eine Rotationsgeschwindigkeit unabhängig der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 11 des Motors 4 annehmen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Volumenstrommessrades 2 wird durch den Luftvolumenstrom, der durch die Einströmdüse 5 von rechts in das Laufrad 3 eintritt und vom Ventilator infolge dessen Rotationsgeschwindigkeit gefördert wird, definiert. Sie wird von einem Sensorsystem gemessen und dazu genutzt, den Luft volumenstrom zu bestimmen. Man kann erkennen, dass sich im Ausführungs beispiel das Volumenstrommessrad 2 nur über einen radial innen liegenden Teilbereich der Durchströmfläche der Einströmdüse 5 erstreckt. In the exemplary embodiment, the shaft 13 extends on the side facing the stator 12 beyond the rotor 11, in the area of the inlet nozzle 5. On the shaft 13 is in this area, connected by means of a bearing 19, the volume flow meter 2 with respect to the Shaft 13 attached to rotate freely. As a result, the volume flow measuring wheel 2 can assume a rotational speed independent of the rotational speed of the rotor 11 of the motor 4. The speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 is defined by the air volume flow that enters the impeller 3 from the right through the inlet nozzle 5 and is conveyed by the fan as a result of its speed of rotation. It is measured by a sensor system and used to determine the air volume flow. It can be seen that in the embodiment, the volume flow measuring wheel 2 extends only over a radially inner sub-area of the flow surface of the inlet nozzle 5.
Figur 4 zeigt von der Seite und im Schnitt an einer Ebene durch die Ventilator achse den Ventilator 1 mit einem Volumenstrommessrad 2 gemäß Figur 1. Man kann im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 3 erkennen, dass sich in diesem Ausführungsbeispiel das Volumenstrommessrad 2 mit seinen Flügeln 6 radial nahezu über die gesamte Durchströmfläche der Einströmdüse 5 erstreckt, was zu einer noch präziseren Erfassung des Luftvolumenstroms führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn gestörte, asymmetrische Zuströmbedingungen vor liegen. Allerdings ist eine solches Volumenstrommessrad 2 auch größer, auf wendiger zu fertigen und führt zu größeren Störungen, die der Zuströmung überlagert werden und welche zu erhöhter Akustik und reduzierten Wirkungs graden führen können. FIG. 4 shows from the side and in section on a plane through the fan axis the fan 1 with a volume flow measuring wheel 2 according to FIG. 1. In comparison to the embodiment according to FIG. 3, it can be seen that in this embodiment the volume flow measuring wheel 2 with its blades 6 extends radially almost over the entire flow surface of the inlet nozzle 5, which leads to an even more precise detection of the air volume flow. This is especially true if there are disturbed, asymmetrical inflow conditions. However, such a volume flow measuring wheel 2 is also larger, more agile to manufacture and leads to major disturbances that are superimposed on the inflow and which can lead to increased acoustics and reduced levels of effectiveness.
Das Volumenstrommessrad 2 weist, wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3, im Betrieb eine relative Rotationsgeschwindigkeit zum Rotor 11 des Motors 4 auf. Um die Rotationsgeschwindigkeit des Volumenstrommessrad 2 zu bestimmen, kann entweder die Relativgeschwindigkeit zum Rotor 11 bestimmt werden und zur Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 11 addiert werden, oder die Rotationsgeschwindigkeit des Volumenstrommessrades 2 kann direkt bezüglich des ruhenden Systems, beispielsweise bezüglich des Stators 12, bestimmt werden. Eine optische Zugänglichkeit zwischen Stator 12 und den Flügeln 6 des Volumenstrommessrades 2 kann beispielsweise über Öffnungen 14 am Rotor 11 realisiert werden. Im Ausführungsbeispiel haben die Öffnungen 14 zusätzlich die Funktion, einen Kühlluftstrom durch den Luftspalt 21 hin zum Einströmbereich des Ventilatorlaufrades 3 zu ermöglichen. As in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3, the volume flow measuring wheel 2 has a rotational speed relative to the rotor 11 of the motor 4 during operation. In order to determine the speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2, either the speed relative to the rotor 11 can be determined and added to the speed of rotation of the rotor 11, or the The speed of rotation of the volume flow measuring wheel 2 can be determined directly with regard to the system at rest, for example with regard to the stator 12. Optical accessibility between the stator 12 and the blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 can be implemented, for example, via openings 14 on the rotor 11. In the exemplary embodiment, the openings 14 also have the function of enabling a flow of cooling air through the air gap 21 towards the inflow area of the fan impeller 3.
Zum Zweck der Rotationsgeschwindigkeitsmessung können auf einem oder mehreren Flügeln 6 des Volumenstrommessrades 2 Vorkehrungen vorhanden sein, beispielsweise Reflektoren, Permanentmagnete oder elektrische Komponenten wie Spulen oder Hallsensoren. Ein magnetisches Wechselfeld, welches auf dem Volumenstrommessrad 2 infolge der Relativgeschwindigkeit zum mit Permanentmagneten versehenen Rotor 11 auftritt, kann genutzt werden. Auch an stehenden Teilen (Stator 12 oder Einströmdüse 5) können Sensoren oder Signalgeber wie beispielsweise Permanentmagnete, akustische Signalgeber oder Leuchtdioden angebracht sein. Die Sensorsignale können in einer Elektronik verarbeitet und weiterverwertet werden, welche vorteilhaft im Aufnahmebereich 17 installiert ist. For the purpose of measuring the rotational speed, provisions can be provided on one or more blades 6 of the volume flow measuring wheel 2, for example reflectors, permanent magnets or electrical components such as coils or Hall sensors. An alternating magnetic field which occurs on the volume flow measuring wheel 2 as a result of the relative speed to the rotor 11 provided with permanent magnets can be used. Sensors or signal transmitters such as permanent magnets, acoustic signal transmitters or light-emitting diodes can also be attached to stationary parts (stator 12 or inlet nozzle 5). The sensor signals can be processed and further used in electronics, which are advantageously installed in the receiving area 17.
Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite aus gesehen, eine weitere Ausführungsform eines Volumenstrommessrades 2. Es weist eine Nabe 7 mit einem Aufnahmebereich 20 für Lager auf sowie Flügel 6, welche an einem Übergang 25 mit der Nabe 7 verbunden sind. Der Übergang 25 ist verrundet, um eine gute Festigkeit zu haben. Die Flügel 6 weisen Zuströmkanten 23 auf, die in Durchströmrichtung gesehen vorne an den Flügeln 6 liegen, sowie Abströmkanten 24, die in Durchströmrichtung gesehen hinten an den Flügeln 6 liegen. Die Flügel 6 im Ausführungsbeispiel sowie ihre Zuströmkanten 23 und ihre Abströmkanten 24 sind stark gekrümmt. Dies hängt damit zusammen, dass ein innen liegender Teil 32 der Zuströmkanten 23 für eine eher achsparallele Zuströmung optimiert und geeignet ist und ein außen liegender Teil 33 für eine eher radiale, etwa hin zur Achse strömende Zuströmung optimiert bzw. geeignet ist. Insbesondere in einem Übergangsbereich zwischen dem innen liegenden Teil 32 und dem außen liegenden Teil 33 ist die Zuströmkante 23 bzw. der Flügel 6 stark gekrümmt. FIG. 5 shows in a perspective view, seen at an angle from the inflow side, a further embodiment of a volume flow measuring wheel 2. It has a hub 7 with a receiving area 20 for bearings and vanes 6 which are connected to the hub 7 at a transition 25. The transition 25 is rounded in order to have good strength. The vanes 6 have inflow edges 23 which, viewed in the flow direction, lie at the front of the vanes 6, and outflow edges 24, which, seen in the flow direction, lie at the rear of the vanes 6. The wings 6 in the exemplary embodiment and their inflow edges 23 and their outflow edges 24 are strongly curved. This is related to the fact that an inner part 32 of the inflow edges 23 is optimized and suitable for a more axially parallel inflow and an outer part 33 is optimized or suitable for a more radial inflow, for example towards the axis. In particular in a transition area between the inner part 32 and the outer part 33, the inflow edge 23 or the wing 6 is strongly curved.
An zwei gegenüberliegenden der im Ausführungsbeispiel insgesamt acht Flügel 6 sind Aufnahmebereiche 22 für jeweils einen Magneten ausgebildet. Die Magneten dienen der Drehzahlerfassung in Zusammenspiel mit einem im Betrieb den Magneten gegenüberliegenden Sensor, vorteilhaft einem Hall-Sensor. Die Magnete können eingegossen, eingeklebt, eingepresst oder anderweitig an einem oder mehreren Flügeln 6 befestigt sein. Insgesamt ist es vorteilhaft, mindestens zwei Magnete gleichmäßig über den Umfang verteilt zu haben, um eine zu große Unwucht des Volumenstrommessrades 2 zu vermeiden. On two opposite wings 6 of the eight in the exemplary embodiment, receiving areas 22 are formed for one magnet each. The magnets are used to record the speed in conjunction with a sensor located opposite the magnets during operation, advantageously a Hall sensor. The magnets can be cast in, glued in, pressed in or otherwise attached to one or more wings 6. Overall, it is advantageous to have at least two magnets evenly distributed over the circumference in order to avoid an excessive unbalance of the volume flow measuring wheel 2.
Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Abströmseite aus gesehen das Volumenstrommessrad 2 gemäß Figur 5 mit einem Zuströmgitter 26, an welchem es angebracht und gelagert ist. Ein Zuströmgitter 26 wird ent sprechend der Darstellung in Figur 8 vor einer Einlaufdüse 5 eines Ventilators 1 angebracht. Anstelle eines Zuströmgitters 26 kann auch eine andersartige Tragstruktur für ein Volumenstrommessrad 2 genutzt werden, solange sie die Zuströmung zur Einlaufdüse 5 nicht maßgeblich beeinträchtigt, beispielsweise ein Berührschutzgitter oder eine Tragkonstruktion. Das Zuströmgitter 26 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird an den Befestigungsvorkehrungen 27 am Ventilator 1 bzw. einer Düse 5 oder einer Düsenplatte 29 befestigt (siehe Figur 8). Das Fördermedium durchströmt das Zuströmgitter 26 durch Durchströmöffnungen 28, die so gestaltet sind, dass die Verluste bei der Durchströmung gering sind. Das Zuströmgitter 26 kann sogar durch eine Vergleichmäßigung der Zuström- verhältnisse den Wirkungsgrad des Ventilators erhöhen und die Lärmemission senken. FIG. 6 shows, in a perspective view, seen obliquely from the outflow side, the volume flow measuring wheel 2 according to FIG. 5 with an inflow grille 26 on which it is attached and supported. An inflow grille 26 is attached in front of an inlet nozzle 5 of a fan 1 in accordance with the illustration in FIG. Instead of an inflow grille 26, a different type of support structure can also be used for a volume flow meter 2 as long as it does not significantly impair the inflow to the inlet nozzle 5, for example a contact protection grille or a support structure. The inflow grille 26 according to the embodiment shown is fastened to the fastening provisions 27 on the fan 1 or a nozzle 5 or a nozzle plate 29 (see FIG. 8). The conveying medium flows through the inflow grille 26 through flow openings 28 which are designed so that the losses during the flow are low. The inflow grille 26 can even increase the efficiency of the fan and reduce the noise emission by equalizing the inflow conditions.
Das Volumenstrommessrad 2 ist im Bereich der Ventilatorachse, die etwa mit der Achse des Zuströmgitters 26 zusammenfällt, am Zuströmgitter 26 drehbar gelagert, und zwar innerhalb des Zuströmgitters 26, also in Durchströmungs richtung nach dem Zuströmgitter 26. Zur Lagerung des Volumenstrommessrades 2 dient eine rotationsfest mit dem Zuströmgitter 26 verbundene Achse 34, die am Zuströmgitter 26 integriert oder befestigt ist. Infolge der Luftgeschwindigkeit beim Ventilatorbetrieb rotiert das Volumenstrommessrad 2 relativ zum Zuströmgitter 26, und durch Messung seiner Drehzahl kann in guter Genauigkeit der Förder volumenstrom im Betrieb bestimmt werden. The volume flow measuring wheel 2 is rotatably mounted on the inflow grille 26 in the area of the fan axis, which roughly coincides with the axis of the inflow grille 26, within the inflow grille 26, i.e. in the flow direction after the inflow grille 26 the inflow grille 26 connected axis 34, which is integrated or attached to the inflow grille 26. As a result of the air speed at Fan operation, the volume flow measuring wheel 2 rotates relative to the inflow grille 26, and by measuring its speed, the delivery volume flow can be determined with good accuracy during operation.
Die Vergleichmäßigung der Zuströmung durch das Zuströmgitter 26 wirkt sich auch vorteilhaft auf die Genauigkeit und die zeitliche Stabilität der Volumen strommessung aus, insbesondere bei asymmetrischen oder turbulenten Zu strömungen. Die Zuströmkanten 23 der Flügel 6 des Volumenstrommessrades 2 sind dem Zuströmgitter 26 zugewandt und folgen mit Abstand etwa der Innenkontur des Zuströmgitters 26. Um eine genaue Volumenstrommessung zu erreichen, deckt das Volumenstrommessrad 2 mit seinen Zuströmkanten 23, berücksichtigt man seine Rotation um die Achse 34, einen Großteil der durch strömten Fläche ab, beispielsweise mindestens 90%. Das Zuströmgitter 26 weist in einem radial äußeren Bereich eine eher radiale Durchströmung auf und in einem radial inneren Bereich eine axiale Durchströmung. Das Volumenstrom messrad 2 ist mit seinem innen liegenden Teil 32 und dem außen liegenden Teil 33, wie zu Figur 5 bereits beschrieben, an dieses Strömungsbild gut angepasst. The equalization of the inflow through the inflow grille 26 also has an advantageous effect on the accuracy and the temporal stability of the volume flow measurement, in particular in the case of asymmetrical or turbulent inflows. The inflow edges 23 of the blades 6 of the volume flow measuring wheel 2 are facing the inflow grille 26 and follow the inner contour of the inflow grille 26 at a distance. a large part of the area flowed through, for example at least 90%. The inflow grille 26 has a more radial flow in a radially outer region and an axial flow in a radially inner region. The volume flow measuring wheel 2 with its inner part 32 and the outer part 33, as already described for FIG. 5, is well adapted to this flow pattern.
Figur 7 zeigt in perspektivischer Ansicht schräg von der Zuströmseite aus gesehen den Ventilator 1 mit einem Zuströmgitter 26 gemäß Figur 6. Im Betrieb des Ventilators 1 rotiert das Laufrad 3 mit Nabenring 10, Deckring 8 und dazwischen sich erstreckenden Flügeln 9 etwa im Uhrzeigersinn um seine Achse. FIG. 7 shows a perspective view obliquely from the inflow side of the fan 1 with an inflow grille 26 according to FIG. 6. When the fan 1 is in operation, the impeller 3 with the hub ring 10, cover ring 8 and blades 9 extending between them rotates approximately clockwise around its axis .
Infolge der Rotation wird das Fördermedium durch die Durchströmöffnungen 28 des Zuströmgitters 26 eingesogen. As a result of the rotation, the conveying medium is sucked in through the flow openings 28 of the inflow grille 26.
Das Zuströmgitter 26 ist an Befestigungsvorrichtungen 27 am Ventilator 1 , hier an der Düsenplatte 29, befestigt, beispielsweise durch nicht dargestellte Schrauben. An der Düsenplatte 29 ist eine Einlaufdüse 5 integriert oder angebracht (siehe Figur 8), die in Figur 7 aufgrund des Zuströmgitters 26 nicht erkennbar ist. Nach Durchströmen des Zuströmgitters 26 gelangt das Fördermedium durch diese Einlaufdüse 5 in das Laufrad 3, in welchem es radial nach außen gefördert wird und aus dem es an den radial außen liegenden Öffnungen austritt. Das Zu strömgitter 26 weist einen geschlossenen Zentralbereich 30 auf, der sich gut dafür eignet, dort ein Volumenstrommessrad anzubringen, nämlich auf der hier nicht sichtbaren Innenseite des Zuströmgitters 26. Der gesamte Fördermittelvolumen strom tritt durch das Zuströmgitter 26. In einem radial äußeren Bereich, eher der Düsenplatte 26 zugewandt, sind die Eintrittsgeschwindigkeiten eher radial aus gerichtet. In einem Bereich eher nahe der Achse bzw. des Zentralbereichs sind die Eintrittsgeschwindigkeiten eher axial ausgerichtet. The inflow grille 26 is fastened to fastening devices 27 on the fan 1, here on the nozzle plate 29, for example by means of screws (not shown). An inlet nozzle 5 is integrated or attached to the nozzle plate 29 (see FIG. 8), which cannot be seen in FIG. 7 because of the inflow grille 26. After flowing through the inflow grille 26, the conveyed medium passes through this inlet nozzle 5 into the impeller 3, in which it is conveyed radially outward and from which it emerges at the radially outer openings. The to flow grille 26 has a closed central area 30, which is good for it suitable to mount a volume flow measuring wheel there, namely on the inside of the inflow grille 26, which is not visible here. The entire conveying medium volume flow passes through the inflow grille 26. In a radially outer area, more towards the nozzle plate 26, the inlet speeds are more radially directed. In an area closer to the axis or the central area, the entry speeds are oriented more axially.
Figur 8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades 3 den Ventilator 1 gemäß Figur 7. Man erkennt in der Darstellung gut das Volumenstrommessrad 2 und seine Lagerung am Zuströmgitter 26. Am Zentralbereich 30 des Zuströmgitters 26 ist über einen Aufnahmebereich 31 eine Achse 34 zur Lagerung des Volumenstrommessrades 2 fest und etwa koaxial zur Achse des Laufrads 3 angebracht. Der Aufnahmebereich 31 kann einteilig ins Zuströmgitter 26 integriert sein oder als separates Teil am Zuströmgitter 26 beispielsweise angeklipst oder festgeklebt werden. Die Achse 34 kann im Aufnahmebereich 31 eingegossen, eingeklebt, eingepresst oder ähnliches sein. Das Volumenstrommessrad 2 ist mittels Lagern an der Achse 34 gelagert. Im Ausführungsbeispiel sind zwei in der Figur nicht gezeigte Lager vorgesehen. Die Lager werden am Volumenstrommessrad 2 an dafür vorgesehenen Aufnahmen 20 innerhalb der Nabe 7 eingesetzt. Das Volumenstrommessrad 2 kann dadurch frei bezüglich des Zuströmgitters 26 und unabhängig vom Rotor 11 des Motors 4, der das Laufrad 3 des Ventilators 1 antreibt, rotieren. FIG. 8 shows in a perspective view and in section on a plane through the axis of rotation of the impeller 3 the fan 1 according to FIG. 7. The illustration clearly shows the volume flow measuring wheel 2 and its mounting on the inflow grille 26. The central area 30 of the inflow grille 26 is over a receiving area 31 an axis 34 for mounting the volume flow measuring wheel 2 fixedly and approximately coaxially to the axis of the impeller 3. The receiving area 31 can be integrated in one piece into the inflow grille 26 or, for example, can be clipped or glued onto the inflow grille 26 as a separate part. The axis 34 can be cast, glued, pressed or the like in the receiving area 31. The volume flow measuring wheel 2 is mounted on the axle 34 by means of bearings. In the exemplary embodiment, two bearings, not shown in the figure, are provided. The bearings are used on the volume flow measuring wheel 2 in receptacles 20 provided for this purpose within the hub 7. The volume flow measuring wheel 2 can thereby rotate freely with respect to the inflow grille 26 and independently of the rotor 11 of the motor 4, which drives the impeller 3 of the fan 1.
Das Laufrad 3 des Ventilators 1 ist am Rotor 11 des Motors 4 mit einer Befesti gungsvorrichtung 15 angebracht, welche hier eine Blechronde ist, die ins Laufrad 3 eingegossen und auf den Rotor 11 aufgepresst ist. Im Vergleich zu den Aus führungsformen der Figuren 1 bis 4 ist das Volumenstrommessrad 2 hier auf einer auch im Ventilatorbetrieb stehenden Achse 34 gelagert. Dies ist vorteilhaft insbe sondere für niedrige Lagerreibung, da vorteilhaft das Volumenstrommessrad 2 über weite Betriebsbereiche eher deutlich langsamer rotiert als der Rotor 11 bzw. das Laufrad 3, an welchem das Volumenstrommessrad 2 gemäß Figuren 1 bis 4 gelagert ist. Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform gemäß Figuren 7 bis 8 ist es, dass das Volumenstrommessrad weiter entfernt vom Laufrad 3 mit seinen Flügeln 9 ist und somit die Wechselwirkung zwischen Laufrad 3 bzw. Flügeln 9 und Volumenstrommessrad 2 in Form einer Drehzahl- bzw. Betriebspunkt abhängigkeit niedriger ist. Dies ermöglicht eine genauere Bestimmung des Fördermittelvolumenstroms auch ohne Einbeziehung der Laufraddrehzahl. The impeller 3 of the fan 1 is attached to the rotor 11 of the motor 4 with a fastening device 15, which here is a circular sheet metal that is cast into the impeller 3 and pressed onto the rotor 11. In comparison to the embodiments of FIGS. 1 to 4, the volume flow measuring wheel 2 is mounted here on an axis 34 which is also in operation with the fan. This is advantageous in particular for low bearing friction, since the volume flow measuring wheel 2 advantageously rotates considerably more slowly over wide operating ranges than the rotor 11 or the impeller 3 on which the volume flow measuring wheel 2 according to FIGS. 1 to 4 is mounted. Another advantage of the embodiment according to FIGS. 7 to 8 is that the volume flow measuring wheel is further away from the impeller 3 with its blades 9 and thus the interaction between the impeller 3 and blades 9 and volume flow measuring wheel 2 in the form of a speed or operating point dependency is lower. This enables a more precise determination of the volume flow of the conveyed medium without taking the impeller speed into account.
Die Drehzahl des Volumenstrommessrades im Betrieb kann beispielsweise wie bereits zuvor beschrieben bestimmt werden. Bei einer vorteilhaften Methode sind ein oder mehrere Magnete am Volumenstrommessrad 2 angebracht oder integriert, oder das Volumenstrommessrad 2 ist in irgendeiner Form magnetisiert (vgl. Figur 5). Gegenüber der Rotationsbahn der Magnete muss an einem stehenden Teil ein Sensor, beispielsweise ein Hall-Sensor, angebracht werden, der in Wechselwirkung mit den Magneten die Drehzahl des Volumenstrommess rades 2 bestimmt. Ein solcher Sensor kann beispielsweise vorteilhaft in das Zuströmgitter 26 integriert oder am Zuströmgitter 26 befestigt werden oder auf der Innenseite des Düsenplatte 29 bzw. der Einlaufdüse 5. Vorteilhaft kann er auch im Bereich der Befestigungsvorrichtungen 27 (siehe Fig. 7) mit einem geeigneten Trägerteil an dem Einströmgitter 26 befestigt werden. The speed of the volume flow measuring wheel during operation can be determined, for example, as described above. In an advantageous method, one or more magnets are attached or integrated on the volume flow measuring wheel 2, or the volume flow measuring wheel 2 is magnetized in some form (see FIG. 5). A sensor, for example a Hall sensor, must be attached to a stationary part opposite the rotational path of the magnets, which determines the speed of the volume flow measuring wheel 2 in interaction with the magnets. Such a sensor can, for example, advantageously be integrated into the inflow grille 26 or attached to the inflow grille 26 or on the inside of the nozzle plate 29 or the inlet nozzle 5. It can also advantageously be attached to a suitable carrier part in the area of the fastening devices 27 (see FIG. 7) the inflow grille 26 are attached.
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass nicht alle Komponenten des Ventilators 1 dargestellt sind. Insbesondere ist eine Motorhalterung, die den Stator 11 des Motors 4 beispielsweise an die Düsenplatte 29 anbindet, der Übersichtlich keit halber nicht gezeigt. Der Ventilator 1 kann weitere, nicht dargestellte Kom ponenten umfassen. For the sake of completeness, it should also be mentioned that not all components of the fan 1 are shown. In particular, a motor bracket that connects the stator 11 of the motor 4 to the nozzle plate 29, for example, is not shown for the sake of clarity. The fan 1 can comprise other components, not shown.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Be schreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen. With regard to further advantageous embodiments of the teaching according to the invention, reference is made to the general part of the description and to the appended claims to avoid repetition.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Er örterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Aus führungsbeispiele einschränken. B e z u g s z e i c h e n l i s t e Finally, it should be expressly pointed out that the above-described exemplary embodiments of the teaching according to the invention are only used to discuss the teaching claimed, but do not limit them to the exemplary embodiments. List of reference symbols
Ventilator fan
Volumenstrommessrad Volume flow meter
Ventilatorlaufrad Fan impeller
Motor engine
Einströmdüse Inlet nozzle
Flügel eines Volumenstrommessrades Wing of a volume flow meter
Nabe eines Volumenstrommessrades Hub of a volume flow meter
Deckring eines Laufrades Cover ring of an impeller
Flügel eines Laufrades Blades of an impeller
Nabenring eines Laufrades Hub ring of an impeller
Rotor eines Motors Rotor of a motor
Stator eines Motors Stator of a motor
Welle zur Lagerung des Volumenstrommessrades Öffnung auf Zuströmseite im Rotor Shaft for mounting the volume flow measuring wheel. Opening on the inflow side in the rotor
Befestigungsvorrichtung des Ventilatorlaufrades auf dem Rotor Fixing device for the fan impeller on the rotor
Vorrichtung zur Befestigung der Einlaufdüse Device for fastening the inlet nozzle
Aufnahmeraum für elektronische Komponenten im Stator des Motors Storage space for electronic components in the stator of the motor
Lager des Rotors Bearing of the rotor
Lager des Volumenstrommessrades auf der Welle Aufnahme im Volumenstrommessrad für Lager Luftspalt zwischen Rotor und Stator Bearing of the volumetric flow measuring wheel on the shaft. Mounting in the volumetric flow measuring wheel for bearings. Air gap between rotor and stator
Aufnahmebereich für Magnet Mounting area for magnet
Zuströmkante eines Flügels eines Volumenstrom messrades Inflow edge of a wing of a volume flow measuring wheel
Abströmkante eines Flügels eines Volumenstrom messrades Trailing edge of a wing of a volume flow measuring wheel
Übergang Flügel zu Nabe am Volumenstrommessrad Einströmgitter, Zuströmgitter Transition from blade to hub on the volume flow rate measuring wheel. Inflow grille, inflow grille
Befestigungsvorrichtung für Einströmgitter Durchströmöffnungen am Einströmgitter Fastening device for inflow grille Flow openings on the inlet grille
Düsenplatte Nozzle plate
Zentralbereich des Einströmgitters Central area of the inflow grille
Aufnahmebereich für Achse in Einströmgitter innen liegender Teil der Zuströmkanten Reception area for the axis in the inflow grille, the inner part of the inflow edges
außen liegender Teil der Zuströmkanten outer part of the inflow edges
Achse zur Lagerung eines Volumenstrommessrades Axis for mounting a volume flow meter

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Ventilator, insbesondere Axialventilator und vorzugsweise rückwärtsge krümmter Radialventilator, mit einem mit Flügeln bestückten Laufrad, einem Antrieb zum Drehen des Laufrads und einer Einrichtung zur Ermittlung des Luft stroms bei drehendem Laufrad, wobei die Einrichtung ein im Luftstrom ange ordnetes Volumenstrommessrad umfasst, welches zuströmseitig vor dem Laufrad angeordnet ist, wobei der Luftvolumenstrom aus der Drehzahl des Volumenstrom- messrads berechnet oder hergeleitet wird. 1. Fan, in particular an axial fan and preferably a backward curved radial fan, with an impeller equipped with blades, a drive for rotating the impeller and a device for determining the air flow when the impeller is rotating, the device comprising a volume flow measuring wheel arranged in the air flow, which is on the inflow side is arranged in front of the impeller, the air volume flow being calculated or derived from the speed of the volume flow measuring wheel.
2. Ventilator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen strommessrad in etwa koaxial zur Laufradachse angeordnet ist. 2. Fan according to claim 1, characterized in that the volume flow measuring wheel is arranged approximately coaxially to the impeller axis.
3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstrommessrad motornah angeordnet ist. 3. Fan according to claim 1 or 2, characterized in that the volume flow measuring wheel is arranged close to the motor.
4. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstrommessrad an einer zuströmseitig vor dem Laufrad, insbe sondere vor einer Einlaufdüse angeordneten Struktur gelagert ist, wobei es sich bei der Struktur um ein funktionales Bauteil des Ventilators handelt, beispielsweise um ein Schutzgitter oder Zuströmgitter. 4. Fan according to one of claims 1 to 3, characterized in that the volume flow measuring wheel is mounted on an inflow side in front of the impeller, in particular special structure arranged in front of an inlet nozzle, the structure being a functional component of the fan, for example a protective grille or inflow grille.
5. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstrommessrad drehbar auf einer Achse oder Welle gelagert ist, vorzugsweise auf einer ggf. verlängerten Welle des Motors. 5. Fan according to one of claims 1 to 4, characterized in that the volume flow measuring wheel is rotatably mounted on an axis or shaft, preferably on an optionally extended shaft of the motor.
6. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumenstrommessrad über einen radial innen liegenden Teilbe reich des zugeordneten Durchströmquerschnitts erstreckt, wobei der Außenradius des Volumenstrommessrades vorteilhaft weniger als 75% des maximalen Radius des zugeordneten Durchströmquerschnitts beträgt. 6. Fan according to one of claims 1 to 5, characterized in that the volume flow measuring wheel extends over a radially inner partial area of the assigned flow cross section, the outer radius of the volume flow measuring wheel advantageously being less than 75% of the maximum radius of the assigned flow cross section.
7. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Volumenstrommessrads mittels einer elektrischen und/oder magnetischen und/oder akustischen und/oder schwingungstechnischen Vor richtung generiert wird. 7. Fan according to one of claims 1 to 6, characterized in that the signal of the volume flow measuring wheel is generated by means of an electrical and / or magnetic and / or acoustic and / or vibration technology device.
8. Ventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass magnetische und/oder Licht reflektierende und/oder elektrische Bauteile am/im Volumenstrom messrad und/oder am/im Rotor des Motors und/oder an/in einer Einlaufdüse ange ordnet sind, mit Hilfe derer Wechselwirkungen zwischen Bauteilen des Ventilators, insbesondere des Motors, nutzbar und/oder physikalische Größen zur Be stimmung des Luftvolumenstroms ermittelbar sind. 8. Fan according to claim 7, characterized in that magnetic and / or light-reflecting and / or electrical components on / in the volume flow measuring wheel and / or on / in the rotor of the motor and / or on / in an inlet nozzle are arranged with the help whose interactions between components of the fan, in particular the motor, can be used and / or physical variables for determining the air volume flow can be determined.
9. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvolumenstrom ohne Einfluss der Drehzahl des Laufrads oder unter Berücksichtigung eines die Drehzahl des Laufrads zumindest ansatzweise berück sichtigenden Korrekturfaktors ermittelt wird. 9. Fan according to one of claims 1 to 8, characterized in that the air volume flow is determined without the influence of the speed of the impeller or taking into account a correction factor which at least partially takes into account the speed of the impeller.
10. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Signalen des Volumenstrommessrades die Drehzahl des Volumen strommessrades direkt bezüglich eines ruhenden Referenzsystems ermittelt wird. 10. Fan according to one of claims 1 to 9, characterized in that from the signals of the volume flow measuring wheel, the speed of the volume flow measuring wheel is determined directly with respect to a stationary reference system.
1 1. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Signalen des Volumenstrommessrades die Drehzahl des Volumen strommessrades relativ zu der Drehzahl des Laufrads ermittelt wird. 1 1. Fan according to one of claims 1 to 9, characterized in that the speed of the volume flow measuring wheel is determined relative to the speed of the impeller from the signals of the volume flow measuring wheel.
12. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Signalen des Volumenstrommessrades die Drehzahl des Volumen strommessrades als Summe aus der Drehzahl des Laufrads und der Relativ drehzahl zwischen Laufrad und Volumenstrommessrad ermittelt wird. 12. Fan according to one of claims 1 to 9, characterized in that the speed of the volume flow measuring wheel is determined from the signals of the volume flow measuring wheel as the sum of the speed of the impeller and the relative speed between the impeller and the volume flow measuring wheel.
13. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardwarekomponenten der Einrichtung zur Ermittlung des Luftvolumen stroms, vorzugsweise unabhängig vom Laufrad, dem Motor zugeordnet sind. 13. Fan according to one of claims 1 to 12, characterized in that the hardware components of the device for determining the air volume flow, preferably independent of the impeller, are assigned to the motor.
14. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardwarekomponenten der Einrichtung zur Ermittlung des Luftvolumen stroms, vorzugsweise unabhängig vom Laufrad, im Wesentlichen einer zustrom- seitig vor dem Laufrad angeordneten Struktur zugeordnet sind. 14. Fan according to one of claims 1 to 12, characterized in that the hardware components of the device for determining the air volume flow, preferably independent of the impeller, are essentially assigned to a structure arranged on the inflow side in front of the impeller.
15. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale und die daraus resultierenden Messdaten des Volumenstrom- rads, insbesondere der ermittelte Luftstrom, einer Regelung des Ventilators, insbe sondere zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren Volumen- stroms auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen, zugeführt werden. 15. Fan according to one of claims 1 to 14, characterized in that the signals and the measurement data of the volume flow wheel resulting therefrom, in particular the determined air flow, also regulate the fan, in particular to maintain a predetermined or specifiable volume flow when the operating conditions change.
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