WO2012130404A1 - Diagonalventilator mit aktiver motorkühlung - Google Patents

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WO2012130404A1
WO2012130404A1 PCT/EP2012/001216 EP2012001216W WO2012130404A1 WO 2012130404 A1 WO2012130404 A1 WO 2012130404A1 EP 2012001216 W EP2012001216 W EP 2012001216W WO 2012130404 A1 WO2012130404 A1 WO 2012130404A1
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fan
fan wheel
air
diagonal
electric motor
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PCT/EP2012/001216
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Hansjörg BERROTH
Original Assignee
Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
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    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F04D25/082—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation the unit having provision for cooling the motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F04D25/0613—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump the electric motor being of the inside-out type, i.e. the rotor is arranged radially outside a central stator
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the invention relates to a diagonal fan with a fan housing and a rotatable about a rotation axis impeller, which is associated with its drive an electric motor.
  • Such a diagonal fan is known from DE 4 127 134 A1 of the Applicant.
  • the fan has there the shape of a truncated cone, on the conical surface of the fan blades are arranged. Inside it has a hollow cylindrical section, and in these the cup-shaped magnetic yoke of the external rotor of an EC motor is pressed.
  • US 2007/0 205 676 A1 shows an axial fan in which the outer rotor of the
  • Cooling Drive motor is mounted at a radial distance in a fan. This creates an annular cavity around the outer rotor, through which cooling air flows during operation. The pumping action for generating this cooling air flow is generated by centrifugal action when the fan is in operation.
  • the negative pressure in a negative pressure zone on the back of at least one fan blade is used to form a promotional pressure difference, which constantly keeps the cooling air flow in motion in the same direction during operation. It is particularly advantageous that the pressure in the vacuum zones behind the fan blades is not unaffected by the back pressure, which acts on the fan, but that the direction of the pressure gradient at the vacuum zones in the working area of the fan does not change, while the size of the local pressure difference depends on the backpressure.
  • Fig. 1 is a diagonal fan in a schematic longitudinal section
  • Fig. 2 is a three-dimensional view of a fan
  • Fig. 3 is a schematic representation of the generation of the negative pressure on a
  • Fig. 4 is an exploded perspective view of a diagonal fan whose
  • FIG. 5 is an illustration of the path of the cooling air through the diagonal fan of Fig. 4,
  • Fig. 6 is an enlarged view of the left half of Fig. 5, and
  • Fig. 7 is a section, taken along the line VII-VII of Fig. 6th
  • Fig. 1 shows at the bottom the base 32 of a diagonal fan 30. This has a ring 34 on the outside, which is designed for connection to a fan housing 36, which tapers in FIG. 1 from bottom to top and widens again at the top 38.
  • Fan housing 36 are connected in a suitable manner, for example by screws or by a bayonet connection, see. FIGS. 4 to 6.
  • the main flow direction of the air is indicated by arrows 40.
  • a flange 44 is connected, which has a raised edge 46 at its periphery.
  • the flange 44 merges at its center into a bearing tube 60, on which the laminated core (not shown) of an inner stator 64 is arranged, cf.
  • the inner stator 64 is surrounded by an outer rotor 68. This has a pot-like magnetic yoke 70, in which a permanent magnet ring 72 is attached.
  • Outer rotor 68 and inner stator 64 are parts of an electric motor 73.
  • the inner stator 64 works together with corresponding poles of the magnet ring 72.
  • the magnetic yoke 70 is surrounded by a running or fan 80. Its direction of rotation is indicated in Fig. 2 and Fig. 4 at 84, so seen from above in
  • the fan 80 is disposed at a radial distance from the motor 73, so that the latter is largely thermally insulated and is poorly cooled, if not special
  • perforations 90 are provided in the fan wheel 80 in each case in the region of the rear side 12 of the fan blades 82 and at their wing roots. These are each located in the region of a vacuum zone 110 (FIG. 3) which forms behind the fan blade 82 as it rotates, so that air is sucked out through the openings 90 through the fan wheel 80, which improves the cooling of the motor 73 , It is advantageous that the direction of the air flow through the holes 90 does not change during operation, even if, depending on various operating conditions, the intensity of this
  • Air flow may vary. The latter always flows outwardly through the impeller 80, and this flow of relatively heated air also causes any moisture accumulated in the engine 73 to be rapidly expelled through the holes 90. This prevents moisture from accumulating inside the motor 73.
  • the generation of a cooling air flow 126 according to FIG. 1 is based on the effect that a negative pressure zone 110 takes place on the rear side 12 (FIG. 3) of a fan blade 82 during operation, cf. 3, which is generated by the fact that the relevant fan blade 82 moves through an air zone in which the pressure fluctuates only slightly, so that the negative pressure P3 (FIG. 3) in the low-pressure zone 10 fluctuates only slightly and above all continuously is below the pressure P1, but the amount of pressure difference may change slightly depending on the operating conditions. Also, the shape of the vacuum zone 1 10 changes depending on speed, back pressure P2, etc. in operation, but in relatively narrow limits, so that z. B. in the core zone of the vacuum zone 1 10 10 can produce a bore 90 to exploit this vacuum P3 for continuous cooling and drying of the electric motor 73.
  • the cooling air 126 flows through the stator 64 of the ECM 73 and cools it. It is particularly advantageous and surprising here that no reversal of the flow direction of the cooling air 126 takes place during operation because the air is constantly being sucked outward through the bores 90 during operation.
  • FIGS. 1 to 3 shows a variant of the fans of FIGS. 1 to 3. Identical or equivalent parts are designated by the same reference numerals as in FIGS. 1 to 3.
  • the fan 130 of FIG. 4 has a base part 132. This has outside a ring 1 34 to which by means of webs 1 36 a cup-like part 138 is attached and which also serves to attach a fan housing 141.
  • the latter has an outer edge 140 which is relatively low. It is adjoined inwardly by an annular shoulder 142, which serves mainly as a protection against contact and as protection against the ingress of moisture and dirt and within which a bearing tube 144 is arranged, which is shown in Fig. 5.
  • Rotor shaft 150 serve, to which a rotor bell 152 is attached, on the inside of a rotor magnet 1 55 is attached.
  • a circuit board 164 Below the rotor bell 1 52 is a circuit board 164, on the electronic components 1 53 of the EC motor 73 are arranged.
  • a fan 1 56 is attached, which in this example has approximately the shape of a dome, on the outside of fan blades 82 are arranged.
  • air inlet openings 154 are provided on an air inlet pitch circle with a diameter D, which penetrate the fan wheel 80 and the rotor bell 152 and through which a cooling air flow 1 58 can flow into the wound mortar plate package 160 to cool this.
  • the air flow 1 58 can flow through an opening 166 and through the holes 90 in the bell of the fan 80 to the outside.
  • the holes 90 are in the vacuum zones 1 10 on the back 1 12 of the wings 82, whereby in operation a constant cooling air flow in the same direction, namely to the negative pressure zones 1 10 out, is ensured.
  • the openings 90 have a much greater distance from the axis of rotation 168 of the fan than the inlet openings 1 54. For example, this distance for the openings 90 about 2 to 6 times as large as the distance between the inlet openings 1 54 of the Rotation axis 168, cf. in Fig. 5 the difference between the diameters D 1 and D2 of the pitch circles at the air inlet 1 54 and the air outlet 180th
  • the cooling air is forced to flow through the electric motor 73 in a predetermined path to cool the inner stator 160.
  • the cooling air through holes 1 54 in the magnetic yoke 1 52 from above into the motor 73 a.
  • the magnetic yoke 1 52 sealed at its periphery, mounted in the impeller 80, so that the cooling air flow 126 is forced in Fig. 1 by the motor 73.
  • this tube has a flange 184, which with
  • this flange 184 is, as shown, e.g. by
  • Injection molding fixed in the fan 80.
  • the tube 182 of the magnetic yoke of the rotor is pressed from below, wherein on the flange 184 from above a counterforce can be generated.
  • the tube 182 is preferably made of ferromagnetic material and thereby forms part of the magnetic yoke 152.
  • the (heated) air flows through openings 90 in the fan 80 to the outside, see. 2, 3 and 5.
  • air must be prevented from being sucked in from the outlet side (with the pressure P2) by the negative pressure P3 inside the fan wheel (FIG. 5).
  • the cooling air flow 1 8 in Fig. 5 goes through the gap between the lower end of the magnetic yoke 152 and the circuit board 1 64 to the outside, flows through the air passage 166, and flows through one of
  • FIG. 7 shows a section along the line VI 1 -VI I of FIG. 6. This section runs through the radial holes 90, cf. the previous figures. These holes 90 penetrate the fan 80 in the region of the roots of the wings 90, see. Fig. 2. Outside the fan 80, the fan blades 82 are provided, the preferred shape of which results from Fig. 2 or 4.
  • the cooling of the electric motor 73 is substantially improved by very simple measures in a diagonal fan, whereby the performance of the fan 130th is improved. This is also positively influenced by the high efficiency of the electronically commutated electric motor 73.
  • FIGS. 1 to 7 show a diagonal fan, which has
  • a fan housing 36 a rotatable about a rotation axis 168 fan 80, which is associated with its drive an electric motor 73, wherein the fan 80 in the direction of the axis of rotation 168 between an air inlet side 178 and an air outlet side 180 of
  • Diagonal fan 30; 130 serves to promote air in a main conveying direction 40 from the air inlet side 178 to the air outlet side 180 when it rotates; at the
  • Fan wheel 80 provided fan blades 82 which, based on the direction of rotation 84 of the impeller 80 in operation, a front side 1 14 and a rear side 12 1, wherein in each case in the region of the back 1 12 a wing 82 in operation on the fan 80, a negative pressure zone 1 10 occurs which is connected by an opening 90 of the fan 80 with its inner side 81, to suck cooling air from the inside 81 of the fan 80 to the outside, so that the pressure in this inner side 81 is a function of the negative pressure on the back of at least one wing 82; a provided between this inner side 81 and the air outlet side 180 of the diagonal fan sealing assembly 174, which in operation a
  • Pressure equalization between the pressure P2 on the air outlet side 180 and the pressure P3 on the inner side 81 of the fan 80 counteracts; at least one provided in the region of the air inlet side 178 of the fan 80 inlet port 1 54, through which cooling air in the
  • Electric motor 73 can flow, which cooling air is sucked out after its escape from the electric motor 73 through the at least one opening 90 of the fan 80 to the outside of the fan 80 to a constant cooling air flow 1 58 in the same direction by the electric motor 73 during operation of the diagonal fan 30 to maintain.
  • the sealing arrangement provided between the inner side 81 and the air outlet side 180 of the fan wheel 80 is designed as a labyrinth seal 174.
  • an opening 90 of the fan wheel 80 is provided in each case in the region of an adjacent wing root.
  • the opening 90 is provided at a location at which the
  • At least one air inlet opening 1 54 of the fan 80 is located on a
  • Air inlet pitch circle with a diameter D 1 and at least one air outlet opening 90 of the fan 80 on an air outlet pitch circle with a diameter D2, wherein D2 is greater than D1.
  • the ratio of D 2 to D 1 is more preferably in a range from 2 to 10. More preferably, the ratio is in the range from 3 to 9.
  • the cooling air flow 1 58 is preferably passed through the stator 66 of the electric motor 73 in order to cool it.

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Abstract

Ein Diagonalventilator (30; 130) hat ein Lüftergehäuse (36) und ein um eine Drehachse (168) drehbares Lüfterrad (80), dem ein elektronisch kommutierter Elektromotor (73) zugeordnet ist, welcher einen Innenstator (64) und einen Außenrotor (152) aufweist, welch letzterer mit dem Lüfterrad (80) verbunden ist, welch letzteres dazu dient, bei seiner Drehung Luft in einer Haupt-Förderrichtung (40) von der Lufteinlassseite (178) zu einer Luftauslassseite (180) zu fördern. Auf der Außenseite des Lüfterrads (80) sind Lüfterflügel (82) vorgesehen, welche, bezogen auf die Drehrichtung (84) des Lüfterrads (80) im Betrieb, eine Vorderseite (114) und eine Rückseite (112) haben, wobei jeweils im Bereich der Rückseite (112) eines Flügels (82) im Betrieb am Lüfterrad (80) eine Unterdruckzone (110) auftritt, welche durch eine Durchbrechung (90) des Lüfterrads (80) mit dessen Innenseite (81) verbunden ist, um Kühlluft von dieser Innenseite nach außen abzusaugen. Zwischen dieser Innenseite (81) und der Luftauslassseite (180) des Ventilators ist eine Dichtanordnung (174) vorgesehen, welche im Betrieb einem Druckausgleich zwischen dem Druck (P2) auf der Luftauslassseite (180) und dem Druck (P3) auf der Innenseite (81) des Lüfterrads (80) entgegen wirkt. Im Bereich der Lufteinlassseite (178) des Lüfterrads (80) ist mindestens eine Einlassöffnung (154) vorgesehen, durch welche Kühlluft in den Elektromotor (73) strömen kann, welche nach ihrem Austreten aus dem Elektromotor (73) durch die mindestens eine Durchbrechung (90) des Lüfterrads (80) zur Außenseite des Lüfterrads (80) abgesaugt wird, um im Betrieb einen ständigen Kühlluftstrom (158) in gleich bleibender Richtung durch den Elektromotor (73) aufrecht zu erhalten.

Description

DIAGONALVENTILATOR MIT AKTIVER MOTORKÜHLUNG
Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator mit einem Lüftergehäuse und einem um eine Drehachse drehbaren Lüfterrad, dem zu seinem Antrieb ein Elektromotor zugeordnet ist.
Einen derartigen Diagonalventilator kennt man aus der DE 4 127 134 A1 der Anmelderin. Das Lüfterrad hat dort die Form eines Kegelstumpfs, auf dessen Kegelfläche die Lüfterflügel angeordnet sind. In seinem Inneren hat es einen hohlzylindrischen Abschnitt, und in diesen ist der topfförmige magnetische Rückschluss des Außenläufers eines EC-Motors eingepresst. Der Innenstator dieses EC-Motors ist auf der Außenseite eines Lagerrohres befestigt, in dem sich Kugellager für die Lagerung des Außenläufers befinden. (EC = elektronisch kommutiert).
Bei einem solchen Aufbau eines Diagonalventilators ergibt sich der Nachteil, dass der EC-Motor schlecht gekühlt wird, so dass er nur eine niedrige Leistung abgeben kann, da er bei höheren Leistungen thermisch überlastet würde. Man kann sagen, dass ein Diagonalventilator „kühlungsfeindlich" ist, was seine Leistung entsprechend reduziert.
Die US 2007/0 205 676 A1 zeigt einen Axialventilator, bei dem der Außenrotor des
Antriebsmotors mit radialem Abstand in einem Lüfterrad befestigt ist. Dadurch entsteht um den Außenläufer herum ein ringförmiger Hohlraum, durch den im Betrieb Kühlluft strömt. Die Pumpwirkung für die Erzeugung dieses Kühlluftstroms wird durch Zentrifugalwirkung erzeugt, wenn der Ventilator im Betrieb ist.
Wenn bei einem solchen Ventilator der Staudruck am Auslass ansteigt, kann sich die
Strömungsrichtung der Kühlluft umkehren, d.h. die Kühlluft strömt dann vom Auslass zum Einlass des Ventilators, weil der Druck, der durch Zentrifugalkraft erzeugt wird, schwach ist im Verhältnis zu dem Druck, der durch das Lüfterrad erzeugt wird. Arbeitet nämlich der
Ventilator frei blasend, so wird die Kühlluft bei ihrem Austritt aus dem Ventilator durch den von diesem erzeugten Haupt-Luftstrom mitgerissen.
Arbeitet dagegen der Ventilator nicht frei blasend, sondern gegen einen Staudruck, so wird die Richtung des Kühlluftstroms umgekehrt.
Während der Zeitspanne, während deren sich die Richtung des Kühlluftstroms ändert, stagniert die Luft im Ventilator, und sein Elektromotor wird folglich nicht gekühlt, was zu dessen rascher Zerstörung führen kann.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Diagonalventilator bereit zu stellen. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 . Hierbei wird der Unterdruck in einer Unterdruckzone auf der Rückseite wenigstens eines Lüfterflügels dazu verwendet, eine fördernde Druckdifferenz zu bilden, welche im Betrieb den Kühlluftstrom ständig in der gleichen Richtung in Bewegung hält. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Druck in den Unterdruckzonen hinter den Lüfterflügeln zwar nicht unbeeinflusst vom Gegendruck ist, der auf den Lüfter wirkt, dass sich aber die Richtung des Druckgefälles an den Unterdruckzonen im Arbeitsbereich des Lüfters nicht ändert, während die Größe der dortigen Druckdifferenz vom Gegendruck abhängig ist.
Zwar verschiebt sich die Lage der Unterdruckzone abhängig vom Staudruck, doch bleibt ihr Kern unabhängig vom Staudruck bestehen, so dass es möglich ist, mit diesem (kräftigen) Unterdruck einen Kühlluftstrom durch den Elektromotor zu erzeugen, der im gesamten Arbeitsbereich des Diagonalventilators seine Richtung nicht ändert und daher im gesamten Arbeitsbereich eine effektive Kühlung bewirkt.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten und im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 einen Diagonalventilator in einem schematisierten Längsschnitt, Fig. 2 eine raumbildliche Darstellung eines Lüfterrads,
Fig. 3 eine schematisierte Darstellung der Erzeugung des Unterdrucks an einem
Lüfterflügel
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Diagonalventilators, dessen
Lüfterrad ähnlich ausgebildet ist wie in Fig. 2,
Fig. 5 eine Darstellung des Weges der Kühlluft durch den Diagonalventilator der Fig. 4,
wobei nur einer der Strömungspfade dargestellt ist,
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der linken Hälfte der Fig. 5, und
Fig. 7 einen Schnitt, gesehen längs der Linie Vll-Vll der Fig. 6.
Fig . 1 zeigt unten die Basis 32 eines Diagonalventilators 30. Dieser hat außen einen Ring 34, der zur Verbindung mit einem Lüftergehäuse 36 ausgebildet ist, das sich in Fig. 1 von unten nach oben verjüngt und am oberen Rand 38 wieder erweitert. Der Ring 34 und das
Lüftergehäuse 36 sind in geeigneter Weise verbunden, z.B. durch Schrauben oder durch eine Bajonettverbindung, vgl. die Fig. 4 bis 6. Die Haupt-Strömungsrichtung der Luft ist durch Pfeile 40 angedeutet. Mit dem Ring 34 ist ein Flansch 44 verbunden, der an seiner Peripherie einen hochgezogenen Rand 46 hat. Der Flansch 44 geht in seiner Mitte in ein Lagerrohr 60 über, auf dem das (nicht dargestellte) Blechpaket eines Innenstators 64 angeordnet ist, vgl. das Blechpaket 160 der Fig. 4 und Fig. 5. Der Innenstator 64 ist umgeben von einem Außenrotor 68. Dieser hat einen topfartigen magnetischen Rückschluss 70, in welchem ein Permanentmagnetring 72 befestigt ist. Außenrotor 68 und Innenstator 64 sind Teile eines Elektromotors 73.
Der Innenstator 64 arbeitet zusammen mit entsprechenden Polen des Magnetrings 72.
Der magnetische Rückschluss 70 wird umgeben von einem Lauf- oder Lüfterrad 80. Seine Drehrichtung ist in Fig. 2 und Fig. 4 bei 84 angegeben, also von oben gesehen im
Uhrzeigersinn.
Wie Fig. 1 zeigt, ist das Lüfterrad 80 im radialen Abstand vom Motor 73 angeordnet, so dass letzterer weitgehend wärmeisoliert ist und schlecht gekühlt wird, falls nicht besondere
Maßnahmen getroffen werden.
Eine Verbesserung ergibt sich dadurch, dass im Lüfterrad 80 jeweils im Bereich der Rückseite 1 12 der Lüfterflügel 82 und an deren Flügelwurzeln Durchbrechungen 90 vorgesehen sind. Diese befinden sich jeweils im Bereich einer Unterdruckzone 1 10 (Fig. 3), die sich hinter dem Lüfterflügel 82 bei dessen Drehung bildet, so dass durch die Durchbrechungen 90 Luft durch das Lüfterrad 80 nach außen gesaugt wird, was die Kühlung des Motors 73 verbessert. Dabei ist vorteilhaft, dass sich die Richtung der Luftströmung durch die Löcher 90 im Betrieb nicht ändert, auch wenn, abhängig von diversen Betriebsbedingungen, die Intensität dieser
Luftströmung variieren kann. Letztere strömt immer durch das Lüfterrad 80 nach außen, diese Strömung von relativ stark erwärmter Luft bewirkt auch, dass irgendwelche Feuchtigkeit, die sich im Motor 73 angesammelt hat durch die Löcher 90 rasch nach außen befördert wird. Dadurch wird verhindert, dass sich im Inneren des Motors 73 Feuchtigkeit ansammelt.
Die Erzeugung eines Kühlluftstroms 126 gemäß Fig. 1 beruht auf dem Effekt, dass auf der Rückseite 1 12 (Fig. 3) eines Lüfterflügels 82 im Betrieb eine Unterdruckzone 1 10 auftritt, vgl. Fig. 3. Diese wird dadurch erzeugt, dass sich der betreffende Lüfterflügel 82 durch eine Luftzone bewegt, in welcher der Druck nur wenig schwankt, so dass auch der Unterdruck P3 (Fig. 3) in der Unterdruckzone 10 nur wenig schwankt und vor allem kontinuierlich unterhalb des Druckes P1 liegt, wobei sich jedoch der Betrag der Druckdifferenz abhängig von den Betriebsbedingungen etwas ändern kann. Auch ändert sich die Form der Unterdruckzone 1 10 abhängig von Drehzahl, Staudruck P2 etc. im Betrieb, jedoch in relativ engen Grenzen, so dass man z. B. in der Kernzone der Unterdruckzone 1 10 eine Bohrung 90 erzeugen kann, um diesen Unterdruck P3 zur kontinuierlichen Kühlung und Trocknung des Elektromotors 73 auszunutzen.
Die Kühlluft 126 (Fig. 1 ) durchströmt den Stator 64 des ECM 73 und kühlt diesen. Vorteilhaft und überraschend ist hier besonders, dass im Betrieb keine Umkehr der Strömungsrichtung der Kühlluft 126 stattfindet, weil durch die Bohrungen 90 im Betrieb die Luft ständig nach außen abgesaugt wird.
Fig. 4 zeigt eine Variante zu den Ventilatoren der Fig. 1 bis 3. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 1 bis 3.
Der Ventilator 130 nach Fig. 4 hat ein Basisteil 132. Dieses hat außen einen Ring 1 34, an dem mittels Stegen 1 36 ein schalenartiges Teil 138 befestigt ist und der auch zur Befestigung eines Lüftergehäuses 141 dient. Letzteres hat einen äußeren Rand 140, der relativ niedrig ist. An ihn schließt sich nach innen eine Ringschulter 142 an, die hauptsächlich als Berührungsschutz und als Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz dient und innerhalb deren ein Lagerrohr 144 angeordnet ist, das in Fig. 5 dargestellt ist.
Im Lagerrohr 144 sind zwei Kugellager 146, 148 angeordnet, die zur Lagerung einer
Rotorwelle 150 dienen, an welcher eine Rotorglocke 152 befestigt ist, auf deren Innenseite ein Rotormagnet 1 55 befestigt ist. Unterhalb der Rotorglocke 1 52 befindet sich eine Leiterplatte 164, auf der elektronische Bauteile 1 53 des EC-Motors 73 angeordnet sind.
Außerdem ist am oberen Ende der Rotorwelle 150 ein Lüfterrad 1 56 befestigt, das bei diesem Beispiel etwa die Form einer Kuppel hat, auf deren Außenseite Lüfterflügel 82 angeordnet sind.
Dicht bei der Rotorwelle 1 50 sind auf einem Lufteintritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D 1 Lufteinlassöffnungen 154 vorgesehen, welche das Lüfterrad 80 und die Rotorglocke 152 durchdringen und durch die ein Kühlluftstrom 1 58 in das bewickelte Stätorblechpaket 160 strömen kann, um dieses zu kühlen.
Durch den Spalt zwischen Statorblechpaket 160 und Leiterplatte 164 kann der Luftstrom 1 58 durch eine Öffnung 166 und durch die Löcher 90 in der Glocke des Lüfterrads 80 nach außen strömen. Wie z.B. Fig. 3 zeigt, befinden sich die Löcher 90 in den Unterdruckzonen 1 10 auf der Rückseite 1 12 der Flügel 82, wodurch im Betrieb ein ständiger Kühlluftstrom in derselben Richtung, nämlich zu den Unterdruckzonen 1 10 hin, sicher gestellt wird.
Wichtig erscheint auch, dass die Öffnungen 90 einen wesentlich größeren Abstand von der Drehachse 168 des Lüfterrads haben als die Einlassöffnungen 1 54. Z. B. kann dieser Abstand für die Öffnungen 90 etwa 2 bis 6 mal so groß sein wie der Abstand der Einlassöffnungen 1 54 von der Drehachse 168, vgl. in Fig. 5 den Unterschied zwischen den Durchmessern D 1 und D2 der Teilkreise am Lufteintritt 1 54 und am Luftaustritt 180.
Wirku ngsweise
Im Betrieb wird die Kühlluft gezwungen, den Elektromotor 73 auf einem vorgegebenen Weg zu durchströmen, um den Innenstator 160 zu kühlen. Dazu tritt in Fig. 5 die Kühlluft durch Löcher 1 54 im magnetischen Rückschluss 1 52 von oben in den Motor 73 ein. Zu diesem Zweck ist der magnetische Rückschluss 1 52, an seinem Umfang abgedichtet, im Lüfterrad 80 befestigt, so dass der Kühlluftstrom 126 in Fig. 1 durch den Motor 73 gezwungen wird.
Im Lüfterrad 80 ist zu diesem Zweck eine so genannte Ronde 182 befestigt, also eine Art Rohr aus Blech. An seinem in Fig. 5 oberen Rand hat dieses Rohr einen Flansch 184, der mit
Durchbrechungen versehen ist, und dieser Flansch 184 ist, wie dargestellt, z.B. durch
Spritzguss, im Lüfterrad 80 befestigt.
In dieses Rohr 182 wird von unten der magnetische Rückschluss des Rotors eingepresst, wobei am Flansch 184 von oben eine Gegenkraft erzeugt werden kann. Das Rohr 182 ist bevorzugt aus ferromagnetischem Material hergestellt und bildet dadurch einen Teil des magnetischen Rückschlusses 152.
Nach ihrem Austritt aus dem Motor 73 strömt die (erwärmte) Luft durch Öffnungen 90 im Lüfterrad 80 nach außen, vgl. die Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 5. Dabei muss verhindert werden, dass Luft von der Auslassseite (mit dem Druck P2) durch den Unterdruck P3 im Inneren des Lüfterrads (Fig. 5) angesaugt wird.
Gemäß Fig. 5 und Fig. 6 geschieht dies durch eine Labyrinthdichtung 174, welche dort eine Luftströmung von unten nach oben weitgehend verhindert. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Druck P3 auf der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 die Abdichtung durch die Labyrinthdichtung 174 nicht allzu negativ beeinflusst.
Nach dem Durchströmen des Motors 73 geht der Kühlluftstrom 1 8 in Fig. 5 durch den Spalt zwischen dem unteren Ende des magnetischen Rückschlusses 152 und der Leiterplatte 1 64 nach außen, strömt durch den Luftdurchtritt 166, und strömt durch eine der
Durchbrechungen 90 zu einer zugeordneten Unterdruckzone 1 10 (Fig. 3) auf der Außenseite des Lüfterrades 80.
Fig . 7 zeigt einen Schnitt längs der Linie VI l -VI I der Fig. 6. Dieser Schnitt verläuft durch die radialen Löcher 90, vgl. die vorhergehenden Figuren. Diese Löcher 90 durchdringen das Lüfterrad 80 im Bereich der Wurzeln der Flügel 90, vgl. Fig. 2. Außen am Lüfterrad 80 sind die Lüfterflügel 82 vorgesehen, deren bevorzugte Form sich aus Fig. 2 oder 4 ergibt.
Innen am Lüfterrad 80 sind zwischen den Löchern 90 radial verlaufende Versteifungswände 1 78 vorgesehen, die durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Wand 180 weiter verstärkt sein können.
Auf diese Weise wird mit sehr einfachen Maßnahmen bei einem Diagonalventilator die Kühlung des Elektromotors 73 wesentlich verbessert, wodurch die Leistung des Ventilators 130 verbessert wird. Diese wird außerdem positiv beeinflusst durch den hohen Wirkungsgrad des elektronisch kommutierten Elektromotors 73.
Fig. 1 bis Fig. 7 zeigen einen Diagonalventilator, welcher aufweist:
Ein Lüftergehäuse 36; ein um eine Drehachse 168 drehbares Lüfterrad 80, dem zu seinem Antrieb ein Elektromotor 73 zugeordnet ist, wobei das Lüfterrad 80 sich in Richtung der Drehachse 168 zwischen einer Lufteinlassseite 178 und einer Luftauslassseite 180 des
Diagonalventilators 30; 130 erstreckt und dazu dient, bei seiner Drehung Luft in einer Haupt- Förderrichtung 40 von der Lufteinlassseite 178 zur Luftauslassseite 180 zu fördern; am
Lüfterrad 80 vorgesehene Lüfterflügel 82 welche, bezogen auf die Drehrichtung 84 des Lüfterrads 80 im Betrieb, eine Vorderseite 1 14 und eine Rückseite 1 12 aufweisen, wobei jeweils im Bereich der Rückseite 1 12 eines Flügels 82 im Betrieb am Lüfterrad 80 eine Unterdruckzone 1 10 auftritt, welche durch eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 mit dessen Innenseite 81 verbunden ist, um Kühlluft von der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 nach außen abzusaugen, so dass der Druck in dieser Innenseite 81 eine Funktion des Unterdrucks auf der Rückseite mindestens eines Flügels 82 ist; eine zwischen dieser Innenseite 81 und der Luftauslassseite 180 des Diagonalventilators vorgesehene Dichtanordnung 174, welche im Betrieb einem
Druckausgleich zwischen dem Druck P2 auf der Luftauslassseite 180 und dem Druck P3 auf der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 entgegenwirkt; mindestens eine im Bereich der Lufteinlassseite 178 des Lüfterrads 80 vorgesehene Einlassöffnung 1 54, durch welche Kühlluft in den
Elektromotor 73 strömen kann, welche Kühlluft nach ihrem Austreten aus dem Elektromotor 73 durch die mindestens eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 zur Außenseite des Lüfterrads 80 abgesaugt wird, um im Betrieb des Diagonalventilators 30 einen ständigen Kühlluftstrom 1 58 in gleich bleibender Richtung durch den Elektromotor 73 aufrecht zu erhalten.
Bevorzugt ist die zwischen der Innenseite 81 und der Luftauslassseite 180 des Lüfterrads 80 vorgesehene Dichtanordnung als Labyrinthdichtung 174 ausgebildet.
Bevorzugt ist eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 jeweils im Bereich einer benachbarten Flügelwurzel vorgesehen.
Bevorzugt ist die Durchbrechung 90 an einer Stelle vorgesehen, bei welcher der
Strömungspfad der vom Diagonalventilator 30, 130 geförderten Luft im Betrieb eine
Umlenkung erfährt.
Bevorzugt liegt mindestens eine Lufteintrittsöffnung 1 54 des Lüfterrads 80 auf einem
Lufteintritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D 1 , und mindestens eine Luftaustrittsöffnung 90 des Lüfterrads 80 auf einem Luftaustritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D2, wobei D2 größer als D1 ist. Dabei liegt weiter bevorzugt das Verhältnis von D2 zu D 1 in einem Bereich von 2 bis 10. Weiter bevorzugt liegt das Verhältnis im Bereich von 3 bis 9. Bevorzugt wird der Kühlluftstrom 1 58 im Betrieb durch den Stator 66 des Elektromotors 73 hindurch geleitet, um diesen zu kühlen.
Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Diese betreffen z. B. die Form und Lage der Durchbrechungen 90 und die innere Gestaltung des Elektromotors 73, um die Kühlluft in besonders nutzbringender Weise durch den Motor 73 hindurchzuführen und dadurch eine besonders gute Leistung des Elektromotors 73 zu erreichen.

Claims

Patentansprüc he
Diagonalventilator, welcher aufweist:
Ein Lüftergehäuse (36);
ein um eine Drehachse (168) drehbares Lüfterrad (80), dem zu seinem Antrieb ein Elektromotor (73) zugeordnet ist, wobei das Lüfterrad (80) sich in Richtung der
Drehachse (168) zwischen einer Lufteinlassseite (178) und einer Luftauslassseite (180) des Diagonalventilators (30; 130) erstreckt und dazu dient, bei seiner Drehung Luft in einer Haupt-Förderrichtung (40) von der Lufteinlassseite (178) zur Luftauslassseite (180) zu fördern;
am Lüfterrad (80) vorgesehene Lüfterflügel (82) welche, bezogen auf die Drehrichtung (84) des Lüfterrads (80) im Betrieb, eine Vorderseite (1 14) und eine Rückseite (1 12) aufweisen, wobei jeweils im Bereich der Rückseite (1 12) eines Flügels (82) im Betrieb am Lüfterrad (80) eine Unterdruckzone (1 10) auftritt, welche durch eine Durchbrechung (90) des Lüfterrads (80) mit dessen Innenseite (81 ) verbunden ist, um Kühlluft von der Innenseite (81 ) des Lüfterrads (80) nach außen abzusaugen, so dass der Druck in dieser Innenseite (81) eine Funktion des Unterdrucks auf der Rückseite mindestens eines Flügels (82) (st¬ eine zwischen dieser Innenseite (81 ) und der Luftauslassseite (180) des Diagonalventilators vorgesehene Dichtanordnung (174), welche im Betrieb einem Druckausgleich zwischen dem Druck (P2) auf der Luftauslassseite (180) und dem Druck (P3) auf der Innenseite (81) des Lüfterrads (80) entgegenwirkt;
mindestens eine im Bereich der Lufteinlassseite (178) des Lüfterrads (80) vorgesehene Einlassöffnung (1 54), durch welche Kühlluft in den Elektromotor (73) strömen kann, welche Kühlluft nach ihrem Austreten aus dem Elektromotor (73) durch die mindestens eine Durchbrechung (90) des Lüfterrads (80) zur Außenseite des Lüfterrads (80) abgesaugt wird, um im Betrieb des Diagonalventilators (30) einen ständigen
Kühlluftstrom (1 58) in gleich bleibender Richtung durch den Elektromotor (73) aufrecht zu erhalten.
Diagonalventilator nach Anspruch 1 , bei welchem die zwischen der Innenseite (81) und der Luftauslassseite (180) des Lüfterrads (80) vorgesehene Dichtanordnung als
Labyrinthdichtung (174) ausgebildet ist.
Diagonalventilator nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Durchbrechung (90) des Lüfterrads (80) jeweils im Bereich einer benachbarten Flügelwurzel vorgesehen ist.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die
Durchbrechung (90) an einer Stelle vorgesehen ist, bei welcher der Strömungspfad der vom Diagonalventilator (30; 130) geförderten Luft im Betrieb eine Umlenkung erfährt.
5. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mindestens eine Lufteintrittsöffnung (1 54) des Lüfterrads (80) auf einem Lufteintritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D1 liegt,
und mindestens eine Luftaustrittsöffnung (90) des Lüfterrads (80) auf einem Luftaustritts- Teilkreis mit einem Durchmesser D2 liegt, wobei D2 größer als D1 ist.
6. Diagonalventilator nach Anspruch 5, bei welchem das Verhältnis von D2 zu D1 in einem Bereich von 2 bis 10 liegt.
7. Diagonalventilator nach Anspruch 6, bei welchem das Verhältnis im Bereich von 3 bis 9 liegt.
8. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der
Kühlluftstrom (1 58) im Betrieb durch den Stator (66) des Elektromotors (73) hindurch geleitet wird, um diesen zu kühlen.
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