EP4063662A1 - Mehrstufiger axiallüfter - Google Patents

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Publication number
EP4063662A1
EP4063662A1 EP22160876.3A EP22160876A EP4063662A1 EP 4063662 A1 EP4063662 A1 EP 4063662A1 EP 22160876 A EP22160876 A EP 22160876A EP 4063662 A1 EP4063662 A1 EP 4063662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
fan wheel
fan
wheel
radial webs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22160876.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Saurabh Gupta
Tobias SIEGER
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.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Publication of EP4063662A1 publication Critical patent/EP4063662A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/007—Axial-flow pumps multistage fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F04D29/544—Blade shapes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/545—Ducts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/40—Movement of components
    • F05D2250/44—Movement of components by counter rotation

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage, in particular two-stage, axial fan with a housing forming a flow channel and a first and second fan wheel which can be rotated about an axis of rotation and which are accommodated in the housing and together generate an axial flow during operation.
  • Generic multi-stage axial fans are known from the prior art. These are used, for example, to cool compact high-performance machines such as highly integrated electronics in the areas IT, telecommunications, network technology and renewable energy used when conventional individual fans are too weak. In a two-stage axial flow fan, two connected individual fans work together and offer high efficiency with a minimum space requirement.
  • the object of the present invention is to further increase the efficiency of such a multi-stage axial fan and to reduce the noise development.
  • an axial fan is proposed with a housing that forms a flow channel and a first and second fan wheel that is accommodated in the housing and is rotatable about an axis of rotation.
  • the first fan wheel is arranged axially in series with the second fan wheel.
  • the fan wheels generate an axial flow through the flow channel, with a non-rotatable web arrangement having a plurality of radial webs being provided axially between the first fan wheel and the second fan wheel, which extend radially through the flow channel and have a curved profile.
  • the curved profiling is designed in such a way that a swirl of the axial flow of the first fan wheel generated during operation is converted into static pressure.
  • the radial webs each form a flow guide surface influencing the axial flow from the first to the second fan wheel.
  • the workload distribution between the first impeller and the second impeller is thus determined such that when both impellers are in operation, the workload of the first intake-side impeller is lower than the workload of the second outflow-side impeller.
  • the axial flow generated by the first fan impeller flows against the curved profiling of the radial webs of the web arrangement. through the curved profiling, the twist of this axial flow of the first fan wheel is partly converted into static pressure. The remaining twist that is still present is then removed by the second fan wheel with a comparatively lower build-up of static pressure than would be the case in an embodiment without radial ribs or with radial ribs without a profiled curvature.
  • the curved profiling of the radial webs is formed by a three-dimensional curvature of the radial webs.
  • the curvature thus takes place in relation to at least two planes.
  • the radial webs have, for example, a twisted shape.
  • the three-dimensional curvature of the radial webs is formed by a curvature of the radial webs at least in the axial direction and in the circumferential direction.
  • Circumferential camber corresponds to a type of forward camber or backward camber known in the impeller art.
  • a curvature in the axial direction of the radial webs leads to a flow guide surface along the axis of rotation, which is curved relative to an axial plane and thus the flow guide surface influences the axial flow along the axial direction.
  • the radial webs each have a leading edge and a trailing edge, as seen in the axial direction of flow.
  • An advantageous embodiment provides that the inflow edge and the outflow edge are each shaped differently, with the inflow edge having a more curved profile with respect to a radial plane than the outflow edge.
  • an embodiment is favorable in which the radial webs of the web arrangement of the axial fan have a greater axial extent in terms of absolute value in a radially outer edge section than in a radial one inner edge section.
  • the radial webs are axially wider radially on the outside than lying further radially on the inside, and in doing so offer an axially longer flow guide surface in the radially outer region.
  • the axial flow fan is further characterized in that it has a ring part.
  • the ring member forms part of the housing and includes the web assembly.
  • the ring part thus makes a contribution to the structural design and to the aerodynamics of the axial fan.
  • the ring part is preferably designed in one piece. In one embodiment, it has a ring element and an axially central motor mount which is coaxial with the ring element and to which at least one motor of the axial fan can be fastened.
  • the ring element forms part of the housing, while the motor mount is another constructive part for integrating the motor or motors of the impellers.
  • the radial webs preferably extend from the ring element to the motor mount through the flow channel.
  • the first fan wheel and the second fan wheel are preferably each arranged directly adjacent to the annular part.
  • a development of the axial fan is also characterized in that the first fan wheel has impeller blades with a first axial extent and the second fan wheel with impeller blades with a second axial extent, the first axial extent being greater than the second axial extent.
  • This constructive solution also contributes to the solution of the tasks.
  • the second fan wheel has a hub from which fan wheel blades extend radially outwards and the second fan wheel forms a hub diffuser on the outflow side on the hub.
  • the axially shorter impeller blades on the second fan wheel create axial space for the hub diffuser.
  • the flow rate behind the second fan wheel can be delayed using the hub diffuser. This is done by gradually reducing the hub diameter and the associated increase in the free flow cross section.
  • One embodiment of the axial fan provides that the hub diffuser is connected to a region of the hub in which the fan wheel blades are formed, so that the hub diffuser is free of fan wheel blades. This also has a positive effect on solving the tasks.
  • the axial fan is characterized in one embodiment variant in that the motor mount has a plurality of recesses and stiffening struts distributed alternately in the circumferential direction.
  • the recesses ensure that there can be a flow in the axial direction and a cooling effect in the area of the motor mount and therefore of the motor or motors. In addition, weight is saved.
  • the axial fan is designed in particular in such a way that the first fan wheel and the second fan wheel are positioned relative to one another in such a way that during operation counterrotating rotation of the first fan wheel to the second fan wheel about the axis of rotation generates the axial flow parallel to the axis of rotation.
  • the second fan wheel can convert the residual spin of the first fan wheel into delivery capacity in a particularly efficient manner.
  • An embodiment of the axial fan also provides that the first and the second fan wheel each form a hub from which the first and second Fan wheel blades extend radially outward.
  • the hubs, together with the motor mount, each run parallel in an axial plane and thus form a radially inner wall surface of the flow channel parallel to the axis of rotation.
  • the flow channel is therefore delimited by the inner surface of the housing wall and by the hubs and the motor mount.
  • FIG 1 an exemplary embodiment of an axial fan 1 is shown in a lateral sectional view.
  • the axial fan 1 comprises a three-part, nested housing 2, in which seen axially in a row in the direction of flow S, the first fan wheel 4, the fixed, non-rotatable web arrangement 6 and the second fan wheel 5 are accommodated and together determine the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA of the fan wheels 4, 5.
  • the two fan wheels 4, 5 generate the axial flow AS through the flow channel 3, with the proportion of the axial flow AS generated by the first fan wheel 4 initially flowing against the web arrangement 6 and then being carried on by the second fan wheel 5.
  • the non-rotatable web arrangement 6 is formed by the ring part 10 and comprises a plurality of radial webs 7.
  • the ring part 10 is in the Figures 2 - 4 shown closer. It is designed in one piece with the ring element 11, which forms part of the housing 2, an axle-central motor mount 12 with an outer ring 12 and two hollow-cylindrical axial sockets 80, 81 for fastening the motors 44, 45 on the outside and the motor bearing on the inside (see Fig figure 1 ). Between the axial sockets 80, 81 and the outer ring 12, a plurality of recesses 22 through which flow can flow and stiffening struts 23 are alternately distributed in the circumferential direction. Thus, cooling air can also get into the area of the motors 44, 45 and flow through the recesses 22.
  • the radial webs 7 of the web arrangement 6 extend radially between the ring element 11 and the outer ring 76 of the motor mount 12.
  • the axial extent of the radial webs 7 in their radially outer edge section, in which they are connected to the ring element 11, is greater in terms of amount than the axial extent in the radially inner edge portion, which is connected to the outer ring 76 of the motor mount 12 respectively.
  • the outer ring 76 is coaxial with the ring element 11.
  • Each of the radial webs 7 has the same shape and each has the leading edge 8 and the trailing edge 9 .
  • the leading edge 8 is provided with a more curved course compared to a radial plane the trailing edge 9.
  • the radial webs 7 extend radially through the flow channel 3 and have a curved profile.
  • the radial webs 7 are curved both in the circumferential direction and in the axial direction.
  • a three-dimensional curvature of the radial webs 7 results in at least two directions. This results in flow guide surfaces 77 on the radial webs 7 along the axial flow direction S, so that these are designed to convert a swirl of the axial flow of the first fan wheel 4 generated during operation into static pressure.
  • the remaining twist is then removed by the second fan wheel 5 with a low build-up of static pressure.
  • the two fan wheels 4, 5 rotate in opposite directions during operation.
  • the first fan wheel 4 has the hub 24 from which the impeller blades 14 extend radially outwards.
  • the second fan wheel 5 has the hub 25 from which the impeller blades 15 extend radially outwards.
  • the hubs 24, 25 each run parallel to the motor mount 12 in the axial plane AE and thus form a radially inner wall surface of the flow channel 3 parallel to the axis of rotation RA.
  • An interruption is provided between the hubs 24, 25 and the outer ring 76 of the motor mount 12, so that air can flow into the area of the axial sockets.
  • the first fan wheel 4 has impeller blades 14 with a greater axial extent than the second fan wheel 5 .
  • the hub diffuser 26 is formed on the hub 25 of the second fan wheel 5, with a cross section that widens in the main flow direction.
  • the axially shorter impeller blades 15 on the second fan impeller 5 are only arranged in the section of the hub 25 parallel to the axis of rotation, so that the hub diffuser 26 is free of impeller blades 15 .
  • the implementation of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, it is a number of variants, which makes use of the solution shown even in fundamentally different designs, in particular one or more further stages can be provided by further fan wheels, additional ring parts, even if this is not shown in the exemplary embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter mit einem einen Strömungskanal bildenden Gehäuse und in dem Gehäuse aufgenommenen, um eine Rotationsachse rotierbaren ersten und zweiten Lüfterrad, wobei das erste Lüfterrad axial in Reihe zu dem zweiten Lüfterrad angeordnet ist und die Lüfterräder im Betrieb eine Axialströmung durch den Strömungskanal erzeugen, wobei axial zwischen dem ersten Lüfterrad und dem zweiten Lüfterrad eine nicht-rotierbare Steganordnung mit einer Mehrzahl von Radialstegen vorgesehen ist, die sich senkrecht zur Rotationsachse durch den Strömungskanal erstrecken und eine gekrümmte Profilierung aufweisen, welche ausgebildet ist, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads in statischen Druck überführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen, insbesondere zweistufigen Axiallüfter mit einem einen Strömungskanal bildenden Gehäuse und einem um eine Rotationsachse rotierbaren ersten und zweiten Lüfterrad, die in dem Gehäuse aufgenommen sind und im Betrieb zusammen eine Axialströmung erzeugen.
  • Aus dem Stand der Technik sind gattungsbildende mehrstufige Axialventilatoren bekannt. Diese werden beispielsweise zur Kühlung von kompakten Hochleistungsmaschinen wie hochintegrierte Elektroniken in den Bereichen IT, Telekommunikation, Netzwerktechnik und erneuerbare Energie eingesetzt, wenn herkömmliche Einzellüfter zu schwach sind. Bei einem zweistufigen Axiallüfter arbeiten zwei verbundene Einzellüfter zusammen und bieten eine hohe Effizienz bei minimalem Raumbedarf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, es den Wirkungsgrad eines derartigen mehrstufigen Axiallüfters weiter zu erhöhen und die Geräuschentwicklung zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Axiallüfter mit einem einen Strömungskanal bildenden Gehäuse und einem in dem Gehäuse aufgenommenen, um eine Rotationsachse rotierbaren ersten und zweiten Lüfterrad vorgeschlagen. Das erste Lüfterrad ist axial in Reihe zu dem zweiten Lüfterrad angeordnet. Die Lüfterräder erzeugen im Betrieb eine Axialströmung durch den Strömungskanal, wobei axial zwischen dem ersten Lüfterrad und dem zweiten Lüfterrad eine nicht-rotierbare Steganordnung mit einer Mehrzahl von Radialstegen vorgesehen ist, die sich radial durch den Strömungskanal erstrecken und eine gekrümmte Profilierung aufweisen. Die gekrümmte Profilierung ist derart ausgebildet, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads in statischen Druck zu überführen. Dabei bilden die Radialstege jeweils eine die Axialströmung von dem ersten zum zweiten Lüfterrad beeinflussende Strömungsleitfläche. Die Arbeitslastverteilung zwischen dem ersten Lüfterrad und dem zweiten Lüfterrad wird somit so festgelegt, dass im Betrieb beider Lüfterräder die Arbeitslast des ersten ansaugseitigen Lüfterrads geringer ist als die Arbeitslast des zweiten abströmseitigen Lüfterrads.
  • Die gekrümmte Profilierung der Radialstege der Steganordnung wird von der von dem ersten Lüfterrad erzeugten Axialströmung angeströmt. Durch die gekrümmte Profilierung wird der Drall dieser Axialströmung des ersten Lüfterrads zu einem Teil in statischen Druck überführt. Der noch vorliegende restliche Drall wird anschließend von dem zweiten Lüfterrad bei einem vergleichsweise geringeren Aufbau statischen Druckes entnommen, als dies bei einer Ausführung ohne Radialstege oder mit Radialstegen ohne profilierte Krümmung der Fall wäre.
  • In einer Ausführungsvariante des Axiallüfters ist die gekrümmte Profilierung der Radialstege durch eine dreidimensionale Krümmung der Radialstege gebildet. Die Krümmung erfolgt dabei mithin gegenüber mindestens zwei Ebenen. Die Radialstege weisen dabei beispielsweise eine tordierte Form auf.
  • Die dreidimensionale Krümmung der Radialstege ist in einer speziellen Ausbildung durch eine Krümmung der Radialstege zumindest in Axialrichtung und in Umfangsrichtung gebildet. Eine Krümmung in Umfangsrichtung entspricht einer Art Vorwärtskrümmung oder Rückwärtskrümmung wie sie in der Technik bei Laufrädern bekannt ist. Eine Krümmung in Axialrichtung der Radialstege führt zu einer angeströmten Strömungsleitfläche entlang der Rotationsachse, welche gegenüber einer Axialebene gekrümmt ist und somit die Strömungsleitfläche die Axialströmung entlang der Axialrichtung beeinflusst.
  • Bei dem Axiallüfter weisen die Radialstege in axialer Strömungsrichtung gesehen jeweils eine Anströmkante und eine Abströmkante auf. Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Anströmkante und die Abströmkante jeweils unterschiedlich geformt sind, wobei die Anströmkante gegenüber einer Radialebene einen stärker gekrümmten Verlauf aufweist als die Abströmkante.
  • Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Radialstege der Steganordnung des Axiallüfters in einem radial außen liegenden Randabschnitt betragsmäßig eine größere Axialerstreckung aufweisen als in einem radial innen liegenden Randabschnitt. In anderen Worten sind die Radialstege radial außen axial breiter als radial weiter innen liegend und bieten dabei eine im radial außen liegenden Bereich axial längere Strömungsleitfläche.
  • Der Axiallüfter ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass er ein Ringteil aufweist. Das Ringteil bildet einen Teil des Gehäuses und umfasst die Steganordnung. Somit leistet das Ringteil einen Beitrag zum konstruktiven Aufbau sowie zur Aerodynamik des Axiallüfters.
  • Das Ringteil ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Es weist in einer Ausführungsform ein Ringelement und eine zu dem Ringelement koaxiale, achszentrale Motorhalterung auf, an der zumindest ein Motor des Axiallüfters befestigbar ist. Das Ringelement bildet den Teil des Gehäuses, die Motorhalterung ist hingegen ein weiterer konstruktiver Teil zur Integration des Motors oder der Motoren der Laufräder.
  • Die Radialstege erstrecken sich bei dem Ringteil vorzugsweise von dem Ringelement zu der Motorhalterung durch den Strömungskanal.
  • Ferner sind für einen kompakten Axialaufbau das erste Lüfterrad und das zweite Lüfterrad vorzugsweise jeweils unmittelbar angrenzend zu dem Ringteil angeordnet.
  • Eine Weiterbildung des Axiallüfters ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lüfterrad Laufradschaufeln mit einer ersten Axialerstreckung und das zweite Lüfterrad mit Laufradschaufeln mit einer zweiten Axialerstreckung aufweisen, wobei die erste Axialerstreckung größer ist als die zweite Axialerstreckung. Auch diese konstruktive Lösung trägt zur Lösung der gestellten Aufgaben bei. Durch die Nutzung der Radialstege mit gekrümmter Profilierung, auf denen der statische Druck aufgebaut wird, werden die Belastung und die Drehzahl der nachfolgenden Laufradschaufeln des zweiten Lüfterrads reduziert und die Axialerstreckung kann verringert werden. Dies wiederum wirkt sich positiv darauf aus, dass in einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Axiallüfters das zweite Lüfterrad eine Nabe aufweist, von der aus sich Lüfterradschaufeln radial auswärts erstrecken und das zweite Lüfterrad abtrömseitig an der Nabe einen Nabendiffusor ausbildet. Durch die axial kürzen Laufradschaufeln am zweiten Lüfterrad wird Axialraum geschaffen für den Nabendiffusor. Mithilfe des Nabendiffusors kann die Durchflussgeschwindigkeit hinter dem zweiten Lüfterrad verzögert werden. Dies erfolgt durch allmähliches Verkleinern des Nabendurchmessers und die damit einhergehende Vergrößerung des freien Durchflussquerschnittes.
  • Bei dem Axiallüfter ist in einer Ausführung vorgesehen, dass sich der Nabendiffusor an einen Bereich der Nabe anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln ausgebildet sind, so dass der Nabendiffusor frei von Lüfterradschaufeln ist. Dies wirkt sich ebenfalls positiv zur Lösung der Aufgaben aus.
  • Ferner ist der Axiallüfter in einer Ausführungsvariante dadurch gekennzeichnet, dass die Motorhalterung in Umfangsrichtung verteilt abwechselnd verteilt mehrere Ausnehmungen und Versteifungsstreben aufweist. Die Ausnehmungen gewährleisten ein Durchströmbarkeit in Axialrichtung und Kühlwirkung im Bereich der Motorhalterung und mithin des Motors bzw. der Motoren. Zudem wird Gewicht eingespart.
  • Der Axiallüfter ist insbesondere in einer Weise ausgeführt, bei der das erste Lüfterrad und das zweite Lüfterrad derart zueinander positioniert sind, dass im Betrieb eine gegenläufige Rotation des ersten Lüfterrads zu dem zweiten Lüfterrad um die Rotationsachse die Axialströmung parallel zur Rotationsachse erzeugt. So kann der das zweite Lüfterrad den Restdrall des ersten Lüfterrads besonders effizient in Förderleistung umsetzen.
  • Eine Ausgestaltung des Axiallüfters sieht zudem vor, dass das erste und das zweite Lüfterrad jeweils eine Nabe bilden, von der aus sich erste und zweite Lüfterradschaufeln radial auswärts erstrecken. Die Naben verlaufen zusammen mit der Motorhalterung jeweils parallel in einer Axialebene und bilden somit eine radial innen liegende Wandfläche des Strömungskanals parallel zur Rotationsachse. Der Strömungskanal wird mithin durch die Gehäusewandinnenfläche sowie durch die Naben und die Motorhalterung begrenzt.
  • Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine seitliche Schnittansicht durch einen Axiallüfter;
    Fig. 2
    eine perspektivische Ansicht eines Ringteils des Axiallüfters aus Figur 1 ;
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf das Ringteil aus Figur 2 aus einer Draufsicht von der Anströmseite;
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf das Ringteil aus Figur 2 aus einer Draufsicht von der Abströmseite.
  • In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Axiallüfters 1 in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt.
  • Der Axiallüfter 1 umfasst ein dreiteiliges, ineinander gestecktes Gehäuse 2, in dem axial in Reihe in Strömungsrichtung S gesehen das erste Lüfterrad 4, die feststehende, nicht-rotierbare Steganordnung 6 und das zweite Lüfterrad 5 aufgenommen sind und zusammen den Strömungskanal 3 parallel zur Rotationsachse RA der Lüfterräder 4, 5 bestimmen. Die beiden Lüfterräder 4, 5 erzeugen die Axialströmung AS durch den Strömungskanal 3, wobei der Anteil der Axialströmung AS, der durch das erste Lüfterrad 4 erzeugt wird, zunächst gegen die Steganordnung 6 strömt und anschließend von dem zweiten Lüfterrad 5 weitergeführt führt. Die nicht-rotierbare Steganordnung 6 ist durch das Ringteil 10 gebildet und umfasst eine Mehrzahl von Radialstegen 7.
  • Das Ringteil 10 ist in den Figuren 2 - 4 näher gezeigt. Es ist einstückig ausgebildet mit dem Ringelement 11, das einen Teil des Gehäuses 2 bildet, einer achszentralen Motorhalterung 12 mit einem Außenring 12 und zwei hohlzylindrische Axialstutzen 80, 81 zur befestigenden außenseitigen Aufnahme der Motoren 44, 45 und innenseitigen Aufnahme der Motorlagerung (siehe Figur 1). Zwischen den Axialstutzen 80, 81 und dem Außenring 12 sind in Umfangsrichtung abwechselnd verteilt mehrere durchströmbare Ausnehmungen 22 und Versteifungsstreben 23 vorgesehen. Somit kann Kühlluft auch in den Bereich der Motoren 44, 45 gelangen und die Ausnehmungen 22 durchströmen. Die Radialstege 7 der Steganordnung 6 erstrecken sich radial zwischen dem Ringelement 11 und dem Außenring 76 der Motorhalterung 12. Dabei ist die Axialerstreckung der Radialstege 7 in ihrem radial außen liegenden Randabschnitt, in dem sie an dem Ringelement 11 angeschlossen sind betragsmäßig größer als die Axialerstreckung im radial innen liegenden Randabschnitt, der jeweils an dem Außenring 76 der Motorhalterung 12 angeschlossen ist. Der Außenring 76 ist koaxial zum Ringelement 11.
  • Jeder der Radialstege 7 ist gleich geformt und weist jeweils die Anströmkante 8 und die Abströmkante 9 auf. Die Anströmkante 8 ist gegenüber einer Radialebene gesehen mit einem stärker gekrümmten Verlauf versehen als die Abströmkante 9. Die Radialstege 7 erstrecken sich radial durch den Strömungskanal 3 und haben eine gekrümmte Profilierung. In der gezeigten Ausführung sind die Radialstege 7 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung gekrümmt geformt. Es ergibt sich eine dreidimensionale Krümmung der Radialstege 7 in mindestens zwei Richtungen. Daraus ergeben sich Strömungsleitflächen 77 an den Radialstegen 7 entlang der axialen Strömungsrichtung S, so dass diese ausgebildet sind, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads 4 in statischen Druck zu überführen. Der restliche Drall wird anschließend von dem zweiten Lüfterrad 5 bei einem geringen Aufbau statischen Druckes entnommen. In der gezeigten Ausführung rotieren die beiden Lüfterräder 4, 5 im Betrieb gegenläufig.
  • Bezugnehmend wieder auf Figur 1 weist das erste Lüfterrad 4 die Nabe 24 auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 14 nach radial außen erstrecken. Das zweite Lüfterrad 5 weist die Nabe 25 auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 15 nach radial außen erstrecken. Die Naben 24, 25 verlaufen mit der Motorhalterung 12 jeweils parallel in der Axialebene AE und bilden somit und eine radial innen liegende Wandfläche des Strömungskanals 3 parallel zur Rotationsachse RA. Zwischen den Naben 24, 25 und dem Außenring 76 der Motorhalterung 12 ist jeweils eine Unterbrechung vorgesehen, so dass Luft in den Bereich der Axialstutzen strömen kann. Zudem ist vorgesehen, dass das erste Lüfterrad 4 Laufradschaufeln 14 mit einer größeren Axialerstreckung als das zweite Lüfterrad 5 aufweist. Axial anschließend an die Laufradschaufeln 15 ist an der Nabe 25 des zweiten Lüfterrads 5 der Nabendiffusor 26 mit einem sich in Hauptströmungsrichtung erweiternden Querschnitt ausgebildet. Die axial kürzeren Laufradschaufeln 15 am zweiten Lüfterrad 5 sind nur im zur Rotationsachse parallelen Abschnitt der Nabe 25 angeordnet, so dass der Nabendiffusor 26 frei von Laufradschaufeln 15 ist.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten umfasst, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht, insbesondere kann auch eine oder mehrere weitere Stufen durch weitere Lüfterräder zusätzliche Ringteile vorgesehen werden, auch wenn dies im Ausführungsbeispiel nicht gezeigt ist.

Claims (17)

  1. Axiallüfter (1) mit einem einen Strömungskanal (3) bildenden Gehäuse (2) und einem in dem Gehäuse (2) aufgenommenen, um eine Rotationsachse (RA) rotierbaren ersten und zweiten Lüfterrad (4, 5), wobei das erste Lüfterrad (4) axial in Reihe zu dem zweiten Lüfterrad (5) angeordnet ist und die Lüfterräder (4, 5) im Betrieb eine Axialströmung (AS) durch den Strömungskanal (3) erzeugen, wobei axial zwischen dem ersten Lüfterrad (4) und dem zweiten Lüfterrad (5) eine nicht-rotierbare Steganordnung (6) mit einer Mehrzahl von Radialstegen (7) vorgesehen ist, die sich radial durch den Strömungskanal (3) erstrecken und eine gekrümmte Profilierung aufweisen, welche ausgebildet ist, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads (4) in statischen Druck zu überführen.
  2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitslastverteilung zwischen dem ersten Lüfterrad (4) und dem zweiten Lüfterrad (5) so festgelegt ist, dass im Betrieb des ersten und zweiten Lüfterrads (4, 5) eine Arbeitslast des ersten Lüfterrads (4) geringer ist als eine Arbeitslast des zweiten Lüfterrads (5).
  3. Axiallüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Profilierung der Radialstege (7) durch eine dreidimensionale Krümmung der Radialstege (7) gebildet ist.
  4. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Krümmung der Radialstege (7) durch eine Krümmung der Radialstege (7) zumindest in Axialrichtung und in Umfangsrichtung gebildet ist.
  5. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialstege (7) in axialer Strömungsrichtung (S) gesehen jeweils eine Anströmkante (8) und eine Abströmkante (9) aufweisen, die jeweils unterschiedlich geformt ist, wobei die Anströmkante (8) gegenüber einer Radialebene einen stärker gekrümmten Verlauf aufweist als die Abströmkante (9).
  6. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialstege (7) in einem radial außen liegenden Randabschnitt betragsmäßig eine größere Axialerstreckung aufweisen als in einem radial innen liegenden Randabschnitt.
  7. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (1) ein Ringteil (10) umfasst, das einen Teil des Gehäuses (2) bildet und die Steganordnung (6) umfasst.
  8. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (10) einstückig ausgebildet ist.
  9. Axiallüfter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (10) ein Ringelement (11) und eine zu dem Ringelement (11) koaxiale, achszentrale Motorhalterung (12) aufweist, an der zumindest ein Motor (44, 45) des Axiallüfters (1) befestigbar ist.
  10. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Radialstege (7) von dem Ringelement (11) zu der Motorhalterung (12) erstrecken.
  11. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lüfterrad (4) Laufradschaufeln (14) mit einer ersten Axialerstreckung und das zweite Lüfterrad (5) mit Laufradschaufeln (15) mit einer zweiten Axialerstreckung aufweisen, wobei die erste Axialerstreckung größer ist als die zweite Axialerstreckung.
  12. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lüfterrad (5) eine Nabe (25) aufweist, von der aus sich Lüfterradschaufeln (16) des zweiten Lüfterrads (5) radial auswärts erstrecken und das zweite Lüfterrad (5) abtrömseitig an der Nabe (25) einen Nabendiffusor (26) ausbildet.
  13. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Nabendiffusor (26) an einen Bereich der Nabe (25) anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln (15) des zweiten Lüfterrads (5) ausgebildet sind, so dass der Nabendiffusor (26) frei von Lüfterradschaufeln (15) ist.
  14. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorhalterung (12) in Umfangsrichtung verteilt abwechselnd verteilt mehrere Ausnehmungen (22) und Versteifungsstreben (23) aufweist.
  15. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lüfterrad (4) zu dem zweiten Lüfterrad (5) derart zueinander positioniert sind, dass im Betrieb eine gegenläufige Rotation des ersten Lüfterrads (4) zu dem zweiten Lüfterrad (5) um die Rotationsachse (RA) die Axialströmung (AS) parallel zur Rotationsachse (RA) erzeugt.
  16. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 9 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Lüfterrad (4, 5) jeweils eine Nabe (24, 25) bilden, von der aus sich erste und zweite Lüfterradschaufeln (15, 16) radial auswärts erstrecken, wobei die Naben (24, 25) mit der Motorhalterung (12) jeweils parallel in einer Axialebene (AE) verlaufen und eine radial innen liegende Wandfläche des Strömungskanals (3) parallel zur Rotationsachse (RA) bilden.
  17. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 7 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lüfterrad (4) und das zweite Lüfterrad jeweils unmittelbar angrenzend zu dem Ringteil (10) angeordnet sind.
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