EP4278094A1

EP4278094A1 - Axial-, diagonal- oder radialventilator mit einer nabenkontur

Info

Publication number: EP4278094A1
Application number: EP22843631.7A
Authority: EP
Inventors: Frieder Loercher; Sandra Hub
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2023-11-22
Also published as: DE102021214267A1; WO2023110028A1; CN118451258A

Abstract

Ein Axial-, Diagonal- oder Radialventilator umfasst ein von einem elektrischen Außenläufermotor angetriebenes Laufrad, wobei das Laufrad einen Flügel tragenden Nabenring umfasst und dieser drehfest mit einem Rotor verbunden ist, und wobei zuströmseitig am Nabenring eine Nabenkontur vorgesehen ist, die eine strömungsführende Außenfläche und eine sich radial nach innen an die Außenfläche anschließende zentrale Öffnung mit zum Rotor hin gerichteter Innenfläche umfasst.

Description

AXIAL-, DIAGONAL- ODER RADIALVENTILATOR MIT EINER NABENKONTUR

Die Erfindung betrifft einen Axial-, Diagonal- oder Radialventilator, mit einem von einem elektrischen Außenläufermotor angetriebenen Laufrad, wobei das Laufrad einen Flügel tragenden Nabenring umfasst und dieser drehfest mit einem Rotor des Motors verbunden ist.

Gattungsbildende Axial-, Diagonal- und Radialventilatoren sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die DE 10 2015 216 579 A1 verwiesen.

Es ist aus der Praxis bekannt, dass aerodynamisch geformte Zuströmkonturen im Nabenbereich eines Ventilatorlaufrades axialer, diagonaler oder radialer Bauart hohe Wirkungsgrade und gleichzeitig niedrige Schallleistungswerte ermöglichen. Solche Zuströmkonturen beeinträchtigen regelmäßig die Motorkühlung, da sie Anströmbereiche des Motors bzw. des Rotors verdecken. Dies kann zu einem Leistungsabfall des Motors bis hin zu einem Lagerschaden führen. Jedenfalls soll auch bei hohen Wirkungsgraden und niedrigen Schallleistungswerten des Ventilators eine hinreichend gute Kühlung des Motors realisiert sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator mit aerodynamisch geformten Zuströmkonturen zur Begünstigung hoher Wirkungsgrade und niedriger Schallleistungswerte derart auszugestalten und weiterzubilden, dass gleichzeitig eine hinreichend gute Motorkühlung gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wonach bei dem gattungsbildenden Ventilator zuströmseitig am Nabenring eine Nabenkontur vorgesehen ist, die eine strömungsführende Außenfläche und eine sich radial nach innen an die Außenfläche anschließende zentrale Öffnung mit zum Rotor hin gerichteter Innenfläche umfasst.

Erfindungsgemäß ist die Kombination einer aerodynamischen Zuströmkontur mit einer hinreichend guten Kühlfunktion am Rotor eines Außenläufermotors realisiert. Der Außenläufermotor kann ein EC (Electronically Commutated) Synchronmotor, vorteilhaft mit Permanentmagnetrotor, oder ein AC (Alternating Current) Asyn- chron-motor sein. So kann trotz der axial kompakten Bauweise, die bei Ventilatoren mit Außenläufermotoren möglich ist, die technisch wichtige Kühlung des Rotors des Außenläufermotors hervorragend gewährleistet bzw. verbessert werden. Dadurch können entweder höhere Fördermitteltemperaturen oder, bei gleicher Fördermittel-temperatur, höhere Motorleistungen und/oder Antriebsmomente ermöglicht werden.

Die Motorkühlung wird durch die zuströmseitig am Nabenring vorgesehene Na- ben-kontur realisiert. Zumindest ist die Kühlung gegenüber einem offenen, nicht aerodynamisch gestalteten Nabenbereich nicht maßgeblich beeinträchtigt. Eine hinreichend gute Kühlung ist durch Vorkehrung der Nabenkontur sichergestellt. Insbesondere durch Vorkehrung einer strömungsführenden Außenfläche und einer sich radial nach innen an die Außenfläche anschließenden zentralen Öffnung mit zum Rotor hin gerichteter Innenfläche sind einerseits die Strömungsverhältnisse begünstigt und ist andererseits eine hinreichend gute Kühlung des Rotors durch Umspülung mit angesaugter Luft gewährleistet.

Die Nabenkontur lässt sich durch unterschiedliche konstruktive Maßnahmen realisieren. So kann die Nabenkontur beispielsweise einteilig in den Nabenring des Laufrads integriert sein. Eine einteilige Fertigung ist insbesondere bei Kunststoffteilen von besonderem Vorteil.

Das Laufrad kann über die integrierte Nabenkontur am Rotor befestigt sein, vorzugsweise mittels Schraubverbindungen. Diese lassen sich einfach handhaben.

Ebenso ist es denkbar, dass die Nabenkontur als separates Bauteil ausgeführt und an das Laufrad angesteckt, angeclipst oder sonst wie an dem Laufrad form- und/oder kraft- und/oder materialschlüssig befestigt ist. Eine einfache Montage ist stets von Vorteil.

Weiter ist es denkbar, dass die Nabenkontur mit vorzugsweise aktiven Luftleitelementen ausgestattet ist. Auch insoweit lässt sich die Umströmung der Rotorglocke des Außenläufermotors mit kühlendem Fördermedium begünstigen. In weiter vor- teilhafter Weise ist die Außenfläche der Nabenkontur frei von Stufen, Kanten, Knicken oder dergleichen. So geht die strömungsführende Fläche in etwa tangential in die äußere Kontur des Nabenrings des Laufrads über, was aerodynamisch und aeroakustisch von Vorteil ist.

Im Gegensatz dazu hat die Außenfläche der Nabenkontur über die zentrale Öffnung einen eher scharfkantigen oder verrundeten Übergang, vorzugsweise eine Art Knick, zur Innenfläche der Nabenkontur. Auch dies begünstig die Umströmung der Rotorglocke.

In weiter vorteilhafter Weise sind insbesondere bei einem über die Nabenkontur zur Einströmseite hin hinausragenden Rotor, innerhalb der Nabenkontur, vorzugsweise auf der Innenfläche der Nabenkontur, elastische Lamellen vorgesehen. Die Lamellen fügen sich insbesondere bei Rotoren mit geringfügig unterschiedlichen Durchmessern an die Oberfläche des Rotors an und sind ebenso als Leitelemente zu verstehen.

Ebenso ist es denkbar, dass die mittige Öffnung der Nabenkontur eine die Strömung beeinflussende Struktur aufweist, vorzugsweise eine regelmäßige oder unregelmäßige bzw. symmetrische oder eine asymmetrische, ggf. um die Rotorglocke geformte Gitterstruktur. Wesentlich ist, dass die Öffnung keineswegs frei von jedweden Bauteilen sein muss. Ganz im Gegenteil lassen sich auch dort die Strömung beeinflussende Maßnahmen realisieren.

Die zuvor erwähnte Struktur bzw. Gitterstruktur kann so angeordnet und ausgebildet sein, dass sie die Außenfläche der Nabenkontur fortsetzt, wodurch die Strömung zur Rotorglocke hin abermals begünstigt ist.

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 nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Nabenkontur oder eines diese Nabenkontur aufweisenden Ventilators anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh- rungsbei-spiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Zuströmseite her gesehen einen Ventilator mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur, wobei die Nabenkontur als separates Teil zum Aufstecken auf ein Laufrad ausgeführt ist,

Fig. 2 im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades von der Seite her gesehen den Ventilator gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 ein Diagramm, in dem für einen Ventilator mit und ohne aerodynamisch gestalteter Nabenkontur für konstante Laufraddrehzahl der Verlauf des Wirkungsgrades als Funktion des Fördervolumenstroms dargestellt ist,

Fig. 4 ein Diagramm, in dem für einen Ventilator mit und ohne aerodynamisch gestalteter Nabenkontur für konstante Laufraddrehzahl der Verlauf eines Schalleistungspegels als Funktion des Fördervolumenstroms dargestellt ist,

Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht von schräg von der Zuströmseite her gesehen einen Ventilator mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur, wobei die Nabenkontur integriert in eine konische Nabe eines Laufrads ausgeführt ist,

Fig. 6 im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades von der Seite gesehen den Ventilator gemäß Fig. 5,

Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht von schräg von der Zuströmseite her gesehen einen Ventilator mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur, wobei die Nabenkontur integriert in eine konische Nabe eines Laufrads ausgeführt ist und ein zuströmseitiges Gitter in die Nabenkontur integriert ist, Fig. 8 in einer perspektivischen Ansicht von schräg von der Zuströmseite her gesehen einen Ventilator mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur, wobei die Nabenkontur integriert in eine konische Nabe eines Laufrads ausgeführt ist und innere Kühlströmungslemente in die Nabenkontur integriert ist,

Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Zuströmseite her gesehen einen Ventilator mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur, wobei die Nabenkontur als separates Teil mit integrierten Befestigungselementen ausgeführt ist,

Fig. 10 im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades von der Seite gesehen den Ventilator gemäß Fig. 9,

Fig. 10b eine vergrößerte Detaildarstellung im Bereich der Nabenkontur aus Fig. 10.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite hergesehen, einen Ventilator 1 mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur 2, wobei die Nabenkontur 2 als separates Teil zum Aufbringen auf den Nabenring 10 des Laufrad 3 ausgeführt ist. Das Laufrad 3 besteht neben dem Nabenring 10 aus daran befestigten und sich radial nach außen erstreckenden Flügeln 9. Am äußeren Ende der Flügel 9 sind spezielle Konturen 22, sogenannte Winglets, ausgebildet, die vorteilhaft für eine niedrige Schalle-mission des Ventilators 1 im Betrieb sind.

Das Laufrad 3 des Ventilators 1 wird von einem Motor 4 angetrieben, an dessen Rotor 11 es befestigt ist. Der Motor umfasst einen Stator 12, der an einem Gehäuse 13 mit Nachleitflügeln 14 befestigt ist, die den Motor 4 mit dem Laufrad 3 tragen. Das Laufrad 3 läuft innerhalb des Gehäuses 13, welches eine integrierte Einlaufdüse 5 aufweist, durch die die Hauptströmung bei Ventilatorbetrieb angesogen wird, die dann durch Laufrad 3, Nachleitflügel 14 bzw. durch einen zylindrischen Teil 20 und einen Diffusorteil 21 (siehe auch Fig. 2) des Gehäuses 13 auf die Ab- strömseite des Ventilators 1 weitergefördert wird. Am Gehäuse 13, vorteilhaft in Kunststoff-Spritzguss gefertigt, sind diverse Befestigungsvorkehrungen integriert, nämlich eine Befestigungsvorkehrung 18 für ein zuströmseitiges Gitter, eine Befestigungsvorkehrung 19 für ein abströmseitiges Gitter und Befestigungsvorkehrungen 16, 17 für die zuströmseitige bzw. abströmseitige Befestigung des Gehäuses 13 an einer Anlage. Des Weiteren sind im Bereich des Diffusors 21 sowohl innen als auch außen Entformbereiche 26 erkennbar, welche den Zweck einer einfacheren Entformbarkeit des Gehäuses 13 im Bereich der Nachleitflügel 14 im Diffusorbereich 21 (siehe auch Fig. 2) bei kunststofftechnisch günstiger Wandstärkenverteilung des Bauteils haben. Die Entformbereiche 21 , die im Bereich der Saugseite der Nachleitflügel 14 ausgebildet sind, erscheinen an der Außenfläche des Diffusors 21 als Vertiefungen, und an der Innenfläche als Erhöhungen gegenüber der umgebenden Kontur des Diffusors.

Die zuströmseitig am Nabenring 10 angebrachte Nabenkontur 2 hat eine strö- mungs-führende Fläche 7, die die Hauptströmung des vom Ventilator 1 geförderten Luftstroms nach innen zur Achse hin begrenzt. Die strömungsführende Fläche 7 ist aerodynamisch und aeroakustisch vorteilhaft ausgeführt und hat insofern positive Wirkung auf die Luftleistung, den Wirkungsgrad und die Laufruhe des Ventilators 1 im Betrieb. Vorteilhaft weist sie keine Stufen, Kanten oder Knicke auf und geht etwa tangential in die äußere Kontur des Nabenrings 10 des Laufrades 3 über. Sie ist derart gestaltet, dass sich von ihrem zuströmseitigen Ende her der Strömungskanal für die Ventilatorhauptströmung nabenseitig in Achsrichtung kontinuierlich verjüngt. Ihr Außendurchmesser wächst insofern in einem zuströmseitigen Bereich monoton, wobei die Wachstumsrate in Strömungsrichtung abnehmend ist. Nur beispielhaft kann die strömungsführende Fläche 7 der Nabenkontur 2 im Querschnitt an einer Ebene durch die Achse die Kontur eines Kegelschnittes, insbesondere einer Ellipse oder Parabel, haben. Im Ausführungsbeispiel hat die die strömungsführende Fläche 7 der Nabenkontur 2 die Form eines Rotationskörpers. Allgemein kann sie allerdings auch von abweichender Form gestaltet sein.

Maßgeblich ist, dass die Nabenkontur 2 nicht die Umströmung des Rotors 11 des Motors 4 mit in den Ventilator 1 durch die Einströmdüse 5 einströmendem Fördermedium zu stark blockiert oder behindert. Denn eine Wärmeabfuhr über den Rotor 11 ist für eine effektive Kühlung des Motors 4 essentiell. Es kann bei guter Umströmung des Rotors 11 eine bedeutende Abwärmeleistung an das Fördermedium abgegeben werden. Um eine Umströmung des Rotors 11 zu gewährleisten, ist die Nabenkontur 2 innen offen gestaltet. Sie ist im Ausführungsbeispiel mit einer inneren Öffnung 6 versehen. Diese befindet sich radial innerhalb der strö- mungsführen-den Fläche 7 der Nabenkontur 2. Es kann das zuströmende Fördermedium direkt den Rotor 11 des Motors 4 umströmen und Abwärme abführen.

In Radialrichtung betrachtet weist die Nabenkontur 2 zwei Bereiche auf, nämlich einen primär der Motorkühlung zugeordneten Bereich innen (im Ausführungsbeispiel der Bereich der inneren Öffnung 6) und einen der Hauptförderströmung zugeordneten radialen äußeren Bereich (der Bereich der strömungsführenden Fläche 7). Im Ausführungsbeispiel ist die Begrenzung der Öffnung 6 der Nabenkontur 2 nach außen eher scharfkantig ausgeführt. Sie kann auch verrundet ausgeführt sein.

Fig. 2 zeigt von der Seite her gesehen den Ventilator 1 gemäß Fig. 1 in einem Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades 3. Man erkennt, zusätzlich zu den vorherigen Ausführungen, insbesondere die Konturen der Na- ben-kontur 2 im Schnitt gesehen, wobei noch charakteristische Abmessungen eingetragen sind. So hat die Nabenkontur 2 einen äußeren, maximalen Durchmesser Da 32, der die radial äußere Begrenzung der Nabenkontur 2 ist. Im Ausführungsbeispiel ist sie durch die äußere Begrenzung des separaten, auf den Nabenring 10 des Laufrades 3 aufbringbaren Teiles, das die Nabenkontur 2 formt, definierbar. Sie kann auch, insbesondere wenn die Nabenkontur 2 einteilig ins Laufrad 3 mit seinem Nabenring 10 integriert ist, an der axialen Stelle der Außenfläche 7 der Nabenkontur 2 definiert sein, an der die Flügel 9 am Nabenring beginnen. Eine weitere Definitionsmöglichkeit ist durch die axiale Position gegeben, an der die Tangente an die Außenfläche 7 erstmals, von der Zuströmseite kommend, etwa achsparallel verläuft.

Weiterhin hat die Nabenkontur 2 einen Innendurchmesser Di 31 , der im Ausführungsbeispiel durch den minimalen Durchmesser der Nabenkontur 2 gegeben ist. Dieser kann vorteilhaft ähnlich dem Außendurchmesser des vorderen Teils, insbe- sondere der Rotorglocke, des Rotors 11 des Motors 4 sein, sodass dieser Bereich des Motors 4 zumindest zu einem großen Teil von kühlendem Fördermedium umströmt oder angeströmt werden kann. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nabenkontur 2 axial nach vorne zur Einströmseite hin über den Rotor 11 des Motors 4 hinaus. Es kann auch umgekehrt sein, dass sich der Rotor 11 nach vorne über die Nabenkontur 2 hinaus erstreckt. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich innerhalb der Öffnung 6 der Nabenkontur 2 eine innere Wandung vom vorderen Ende der Naben-kontur 2 (definiert durch einen mittleren Durchmesser Dm 33) bis in die Nähe des vorderen Endes des Rotors 11 des Motors 4.

Der mittlere Durchmesser Dm 33 stellt den innen begrenzenden Durchmesser der die Hauptströmung führenden Außenfläche 7 der Nabenkontur 2 dar. Innerhalb dieser durch Dm 33 gegebenen Begrenzung hat die Nabenkontur 2 ihre innere Öffnung 6. Dm 33 ist regelmäßig definierbar durch sie Stelle der Nabenkontur 2 an ihrer maximalen Axialerstreckung zur Einströmseite hin. Im Ausführungsbeispiel weist die Nabenkontur 2 an der durch Dm 33 gegebenen Begrenzung einen eher scharfkantigen Knick aus, sie kann dort aber auch eher verrundet ausgeführt sein.

Der Winkel einer Tangente an die Außenfläche 7 der Nabenkontur 2 zur Achse gemessen verringert sich, im Schnitt gesehen, von der Begrenzung Dm 33 kommend in Hauptströmungsrichtung gesehen stetig, bis die Außenfläche 7 vorteilhaft etwa tangentenstetig in die Außenkontur des Nabenrings 10 übergeht. Eine gute Wirksamkeit der Nabenkontur 2 ist vor allem dann gegeben, wenn sich die Ventilatorhauptströmung führende Außenfläche 7 über einen ausreichend großen Durchmesserbereich erstreckt. So wurde herausgefunden, dass Da 32 - Dm 33 vorteilhaft >= 3% des Laufradaußendurchmesser DL 34 beträgt. Unabhängig davon ist Da 32 vorteilhaft größer als 110% von Dm 33.

Die Nabenkontur 2 ist am Laufrad 3 innerhalb dessen Nabenring 10 vorgesehenen vorderen Befestigungsvorkehrungen 23 zentriert und befestigt. Beispielsweise kann sie durch Verkleben oder durch Einklipsen gesichert sein. Das Laufrad 3 ist am Rotor 11 des Motors 4 mittels innerhalb des Nabenrings 10 angebrachten Befestigungsvorkehrungen 15 befestigt. An der Außenkontur des Gehäuses 13 sind im Schnitt gut die Bereiche Einlaufdüse 5, zylindrischer Bereich 20 und Diffusor 21 erkennbar. Das Laufrad 3 mit seinen Flügeln 9 mit den Winglets 22 verläuft, in Achs-richtung gesehen, vorteilhaft zum großen Teil (mindestens 90% der axialen Erstreckung der Winglets 22) oder vorteilhaft komplett im zylindrischen Bereich 20. An der Saugseite der Nachleitflügel 14 sind im Diffusorbereich 21 die Entformbe- reiche 26 gut erkennbar.

In Fig. 3 sind in einem Diagramm, mit dem Fördervolumenstrom QV auf der Abszisse und dem Wirkungsgrad q auf der Ordinate (im Beispiel ist ein statischer bzw. Total-to-Static Systemwirkungsgrad gezeigt), zwei Kennlinien von vergleichbaren Axial-ventilatoren bei einer bestimmten konstanten Motordrehzahl dargestellt. Bei einer Ausführungsform ist zuströmseitig keine Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur ausgeführt (Viereckssymbole), bei der anderen Ausführungsform, die im Übrigen identisch ist, ist allerdings eine solche Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungs-führender Kontur ausgeführt (Dreieckssymbole) vorhanden. Man erkennt, dass infolge der Anwendung einer Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur die Luftleistung gesteigert wird (höherer maximaler Volumenstrom QV) und über weite Bereiche der Kennlinie der Wirkungsgrad gesteigert wird, hier insbesondere der maximale statische Systemwirkungsgrad um etwa 2%-Punkte bzw. relativ um etwa 6%. Typischerweise kann der statische Wirkungsgrad durch den Einsatz einer Nabenkontur relativ um etwa 0,1-10% gesteigert werden.

In Fig. 4 sind in einem Diagramm, mit dem Fördervolumenstrom QV auf der Abszisse und A-bewerteten saugseitigen Schalleistungspegel LW5(A) auf der Ordinate, analog zu Fig. 3 zwei Kennlinien von vergleichbaren Axialventilatoren bei einer bestimmten konstanten Motordrehzahl dargestellt. Bei einer Ausführungsform ist zuströmseitig keine Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur ausgeführt (Viereckssymbole), bei der anderen Ausführungsform, die im Übrigen identisch ist, ist allerdings eine solche Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur ausgeführt (Dreieckssymbole). Man erkennt, dass infolge der Anwendung einer Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur über weite Bereiche der Kennlinie die Schalleistung reduziert wird, hier insbesondere der minimale Schallpegel um etwa 0,7 dB. Typischerweise kann der minimale Schallpegel durch den Einsatz einer Nabenkontur relativ um etwa 0-3 dB reduziert werden. Es wurde herausgefunden, dass die Vorteile hinsichtlich der Lärmentstehung der Anwendung einer Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur besonders bei der Verwendung eines Nachleitrades mit Nachleitflügeln stark ausgeprägt sind. Wirbel, die bei aerodynamisch ungünstiger Gestaltung des Zustrom bereiches eines Ventilatorlaufrades im Nabenbereich entstehen können, können bei starker Lärmentstehung mit stromab des Laufrades angebrachten Nachleitflügeln interagieren. Deshalb ist es bei Ventilatoren mit Nachleitrad besonders vorteilhaft, eine Nabenkontur mit Außenfläche mit strömungsgünstig gestalteter strömungsführender Kontur zu verwenden.

Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite hergesehen, einen Ventilator 1 mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur 2. Im Ausführungsbeispiel ist die Naben-kontur 2 einteilig integriert an einem Nabenring 10 eines Laufrades 3 welches mit Befestigungsvorkehrungen 15 am Rotor 11 des Motors 4 befestigt ist, vorteilhaft mit Schrauben. Die Flügel 9 des Laufrads 3 sind am radial äußeren Ende ebenfalls mit einer Kontur 22 (Winglet) versehen, die im Ausführungsbeispiel eine andere Form als im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und Fig. 2 aufweist. Insbesondere ist hier an der Saugseite der Flügel 9 eine Fase ausgebildet, sodass radial außen an den Flügeln 9 nur ein sehr dünner Steg stehen bleibt. Im Übrigen sei auch, jenseits der Nabengestaltung, auf die Beschreibungen der Fig. 1 und 2 verwiesen, welche Aus-führungsform viele Analogien zu der hier gezeigten aufweist.

Fig. 6 zeigt im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades von der Seite gesehen den Ventilator gemäß Fig. 5. Auch hier ist ersichtlich, dass die Nabenkontur 2 einteilig zusammen mit dem Nabenring 10 des Laufrades 3 integriert ist. Der Durchmesser Da 32, der die äußere Begrenzung der Nabenkontur 2 bzw. den Übergang zum Nabenring 10 des Laufrades 3 definiert, kann hier vorteilhaft an der axialen Position der strömungsführenden Fläche 7 der Nabenkontur 2 definiert werden, an der die Flügel 9 am Nabenring 10 beginnen. Der Na- benring 10 selbst ist über die ganze axiale Erstreckung der Flügel 9 des Laufrades 3 konisch, d.h. sie verläuft an ihrer Außenkontur nicht parallel zur Achse. In die Gesamtnabe, bestehend aus Nabenring 10 und Nabenkontur 2, sind Befestigungsvorrichtungen 15 für die die Befestigung des Laufrades 3 am Rotor 11 des Motors 4 integriert. Im Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser Di 31 identisch mit dem mittleren Durchmesser Dm 33, welcher die radial innere Begrenzung der strömungsführenden Außenfläche 7 der Nabenkontur 2 definiert. Innerhalb der Öffnung 6 der Nabenkontur mit dem Durchmesser Dm 33 erstrecken sich keine Wände oder dergleichen, die zur Nabenkontur 2 gehören.

Fig. 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite hergesehen, einen Ventilator 1 mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur 2. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist im inneren Bereich der Nabenkontur 2 ein Art Gitterstruktur 24 ausgeführt. Durch die Öffnungen in der Gitterstruktur 24 ist die Nabenkontur 2 dennoch offen und eine Zirkulation von zuströmseitigem Fördermedium am Rotor 11 des Motors 4 zwecks einer gut funktionierenden Motorkühlung ist gewährleistet. Die Außenkontur der Gitterstruktur 24 setzt die Kontur der strömungsführenden Fläche 7, welche sich per Definition radial nach innen bis zum Beginn der Gitteröffnungen erstreckt, vorteilhaft tangentenstetig fort. Diese Ausführungsform kann verschiedene Vorteile im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 5 haben. Zum einen wird der Motor zur Saugseite hin mechanisch und zu einem gewissen Grad gegen grobe Verschmutzung geschützt. Zum anderen kann sich die zusätzliche Versperrungs-wirkung infolge der Außenkontur der Gitterstruktur 24 vorteilhaft auf die Haupt-strömung und somit auf Wirkungsgrad und Schallarmut des Ventilators 1 auswirken. Letztlich kann auch ein optisch ansprechenderes Erscheinungsbild des Ventilators erzielt werden. Form und Verteilung der Öffnungen und Stege der Gitterstruktur 24 können vielfältig ausgeführt sein; strukturiert oder unstrukturiert oder Öffnungen auch von eher runder Gestalt.

Fig. 8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite hergesehen, einen Ventilator 1 mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur 2. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind im inneren Bereich der Nabenkontur 2, radial innerhalb der Öffnung 6 der Nabenkontur 2 bzw. im inneren, dem der Motorkühlung zugeordneten Bereich, aktive Strömungselemente 25 ausgebildet, welche die Kühlumströmung am Rotor 11 des Motors 4 aktiv positiv beeinflussen. Insbesondere können sie eine stärkere Wirbelbildung und/oder lokal höhere Strömungsgeschwindigkeiten und/oder eine größere Luftumwälzung im inneren Bereich der Nabenkontur 2 bzw. im Bereich des Rotors 11 des Motors 4 bewirken. Dabei wird die Rotationsbewegung des Laufrades 3 mit seinen Flügeln 9 und seinem Nabenring 10 sowie der Nabenkontur 2 genutzt. Die Strömungselemente 25 ähneln im Ausführungsbeispiel kleinen Stummelflügeln, die gekrümmt sind. Sie sind an der Nabenkontur

2 innen, innerhalb ihrer Öffnung 6, befestigt, und vorteilhaft einteilig mit dem Laufrad gefertigt. Ihre Wirkung hängt von der Rotordrehrichtung ab, da sie nicht symmetrisch bzgl. der Rotationsrichtung gebildet sind. Dies ist allerdings im Allgemeinen keine Einschränkung, da die Drehrichtung des Laufrads 3 ohnehin durch seine geometrische Gestaltung vorgegeben ist.

In Fig. 9 ist in einer perspektivischen Ansicht, schräg von der Zuströmseite hergesehen, ein Ventilator 1 mit einer Ausführungsform einer zuströmseitig offenen und aerodynamisch gestalteten Nabenkontur 2 dargestellt, wobei die Nabenkontur 2 als separates Teil mit integrierten Befestigungselementen 29 ausgeführt ist. Der Rotor 11 des Motors 4 ragt durch die Öffnung 6 der Nabenkontur 2 axial über diese zur Einströmseite hin über. Der eher gerundet gestaltete vordere Teil des Rotors 11 , die Rotorglocke, kann mit der strömungsführenden Außenfläche der Nabenkontur 2 in Hinblick auf die achsnahe Ventilatorhauptströmung vorteilhaft Zusammenwirken. Im Ausführungsbeispiel haben auch die Flügel 9 des Laufrades

3 neben den radial äußeren Winglets 22 noch Zwischenwinglets 27, ausgeführt als Strukturen auf der Saugseite der Flügel 3. Innerhalb der Öffnung 6 der Nabenkontur 2 sind Lamellen 28 an der Nabenkontur 2 integriert. Diese haben eine gewisse Flexibilität und schmiegen sich an den Rotor 11 des Motors 4 an, auch wenn der Durchmesser des Rotors 11 variabel ist. Im Übrigen kann auf die Beschreibung beispielsweise der Fig. 1 verwiesen werden.

Fig. 10 zeigt im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades 3 von der Seite gesehen den Ventilator 1 gemäß Fig. 9. In Fig. 10b ist in einer vergrößerten Detaildarstellung ein Bereich der Nabenkontur des Ventilators 1 aus Fig. 10 gezeigt. In Fig. 10 ist ersichtlich, dass der Nabenring 10 des Laufrads 3 im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist. Die innerhalb des Nabenrings 10 integrierten Befestigungsvorrichtungen 15 zur Befestigung des Laufrads 3 am Rotor 11 des Motors sind im Wesentlichen identisch zu den zuströmseitig innerhalb des Nabenrings 10 integrierten Befestigungsvorkehrungen 29 zur Befestigung der Nabenkontur 2 am Laufrad 3 bzw. dessen Nabenring 10 ausgeführt. Dies ermöglicht eine hinsichtlich der Förderrichtung umgekehrte Befestigung des Laufrads 3 auf dem Rotor 11 des Motors 4, beispielsweise zu einer Verwendung des Laufrades 3 ohne Nachleitrad bzw. Nachleitflügel.

Die an der Nabenkontur 2 integrierten Lamellen 28 schmiegen sich an den Rotor 11 des Motors 4 an (Fig. 10b). Als Befestigungsvorkehrung 29 der Nabenkontur 2 am Nabenring 10 des Laufrads 3 dienen Schnapphaken, die in die Öffnungen der vorderen Befestigungsvorkehrung 23 am Nabenring des Laufrads 3 eingreifen. So ist eine einfache Befestigung der Nabenkontur 2 am Laufrad 3 mit seinem Nabenring 10 möglich, und zwar ohne zusätzliche Befestigungselemente oder Werkzeuge. Die strömungsführende Außenfläche 7 des Nabenrings 2 geht etwa tangential in die Außenfläche des Nabenrings 10 des Laufrads 3 über. Im Bereich axial gegenüber den als Befestigungsvorrichtung 29 der Nabenkontur 2 am Laufrad 3 bzw. dessen Nabenring 10 fungierenden Schnapphaken ist die strömungsführende Fläche 7 der Nabenkontur 2 durch Ausnehmungen unterbrochen (siehe auch Fig. 9). Diese dienen der Entformbarkeit der Schnapphaken in einer Richtung parallel zur Achse mit einem Spritzgiesswerkzeug.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventilators wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventilators lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. B e z u g s z e i c h e n l i s t e

Ventilator zuströmseitige Nabenkontur

Ventilatorlaufrad, Laufrad

Motor

Einströmdüse innere Öffnung einer Nabenkontur, Öffnung strömungsführende Fläche einer Nabenkontur, Außenfläche nicht belegt

Flügel eines Laufrades

Nabenring eines Laufrades

Rotor des Motors

Stator des Motors

Gehäuse des Ventilators

Nachleitschaufel des Ventilators

Befestigungsvorrichtung des Laufrads auf dem Motor zuströmseitige Befestigungsvorrichtung des Ventilators an einer Anlage abströmseitige Befestigungsvorrichtung des Ventilators an einer Anlage zuströmseitige Befestigungsvorrichtung eines Gitters am Gehäuse abströmseitige Befestigungsvorrichtung eines Gitters am Gehäuse zylindrischer Durchströmbereich im Gehäuse integrierter Ausströmdiffusor

Winglet / äußere Kontur eines Flügels am Laufrad integrierte vordere Befestigungsvorrichtung an der Nabenkontur integrierte zuströmseitige Gitterstruktur aktive Kühlströmungselemente im inneren der Nabenkontur

Entformbereiche im Bereich des Diffusors des Gehäuses

Zwischenwinglet

Lamellen

Befestigungsvorkehrung Nabenkontur-Laufradnabe nicht belegt innerer Durchmesser Di der Nabenkontur äußerer Durchmesser Da der Nabenkontur mittlerer Durchmesser Dm der Nabenkontur

Laufraddurchmesser DL

Claims

A n s p r ü c h e

1. Axial-, Diagonal- oder Radialventilator, mit einem von einem elektrischen Außenläufermotor angetriebenen Laufrad, wobei das Laufrad einen Flügel tragenden Nabenring umfasst und dieser drehfest mit dem Rotor eines Elektromotors, vorzugsweise eines Außenläufermotors, verbunden ist, und wobei zuströmseitig am Nabenring eine Nabenkontur vorgesehen ist, die eine strömungsführende Außenfläche und eine sich radial nach innen an die Außenfläche anschließende zentrale Öffnung mit zum Rotor hin gerichteter Innenfläche umfasst.

2. Ventilator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur vorzugsweise einteilig in den Nabenring des Laufrads integriert ist.

3. Ventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad über die integrierte Nabenkontur am Rotor befestigt ist, vorzugsweise mittels Schraubverbindungen.

4. Ventilator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur als separates Bauteil ausgeführt und an das Laufrad angesteckt, angeclipst oder sonst wie an dem Laufrad form- und/oder kraft- und/oder materialschlüssig befestigt ist.

5. Ventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur mit Befestigungsmitteln am Nabenring befestigt wird, die materialschlüssig entweder am Nabenring oder an der Nabenkontur integriert sind, vorzugsweise Schnapphaken oder Klipse.

6. Ventilator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur werkzeuglos am Nabenring befestigbar ist.

7. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur mit vorzugsweise aktiven Luftleitelementen ausgestattet ist.

8. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Außenfläche der Nabenkontur frei von Stufen, Kanten, Knicken ist.

9. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der Nabenkontur in etwa tangential in die äußere Kontur des Nabenrings des Laufrads übergeht.

10. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der Nabenkontur über die zentrale Öffnung einen scharfkantigen oder verrundeten Übergang, vorzugsweise eine Art Knick, zur Innenfläche der Nabenkontur hat.

11. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkontur mit ihrer Innenfläche einen Innendurchmesser definiert, der in etwa dem Außendurchmesser des vorderen Teils des Rotors, insbesondere der Rotorglocke, entspricht.

12. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rotor nach vorne, d.h. zur Anströmseite hin, innerhalb der Nabenkontur bis über die Nabenkontur hinaus, erstreckt.

13. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Nabenkontur gegenüber dem Rotor und/oder gegenüber dem Nabenring und/oder gegenüber dem Rotor mittels Einstell- und Arretiermitteln einstellbar ist.

14. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Nabenkontur, vorzugsweise auf oder in der Innenfläche der Nabenkontur, Strömungselemente im Sinne einer Leiteinrichtung mit vorzugsweise kleinen Stummelflügeln vorgesehen sind. - 18 -

15. Ventilator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungselemente von der Innenfläche zumindest geringfügig abragen und/oder gekrümmt sind.

16. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei über die Nabenkontur zur Einströmseite hin hinausragendem Rotor, innerhalb der Nabenkontur, vorzugsweise auf der Innenfläche der Nabenkontur, vorzugsweise elastische Lamellen vorgesehen sind, die sich auch bei Rotoren mit geringfügig unterschiedlichen Durchmessern an die Oberfläche des Rotors anschmiegen.

17. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mittige Öffnung der Nabenkontur eine die Strömung beeinflussende Struktur, vorzugsweise eine regelmäßige oder unregelmäßige bzw. symmetrische oder asymmetrische, ggf. um die Rotorglocke gebogene Gitterstruktur aufweist.

18. Ventilator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur/ Gitterstruktur die Außenfläche der Nabenkontur fortsetzt.