WO2013060358A1

WO2013060358A1 - Axialventilatorrad

Info

Publication number: WO2013060358A1
Application number: PCT/EP2011/068630
Authority: WO
Inventors: Oliver Haaf; Erhard Gruber
Original assignee: Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-02
Also published as: EP2771581B1; EP2771581A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axialventilatorrad (1) mit einem Radkörper (2), der aus einer hohlzylindrischen Nabe (4) und mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit der Nabe (4) verbundenen Ventilatorschaufeln (6) besteht. Jede Ventilatorschaufel (6) verläuft im Bereich eines mit der Nabe (4) verbundenen Schaufelfußes (8) axial und in Umfangsrichtung geneigt zwischen einer Einströmseite (10) und einer Ausströmseite (12) der Nabe (4). Die Nabe (4) ist auf ihrer Einströmseite (10) in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Schaufelfüßen (8) der benachbarten Ventilatorschaufeln (6) über randliche Ausnehmungen (16) bezüglich ihrer axialen Nabenlänge verkürzt.

Description

„Axialventilatorrad"

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Axialventilatorrad mit einem Radkörper, der aus einer rohrartigen, hohlzylindrischen Nabe und mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit der äußeren

Umfangsfläche der Nabe verbundenen Ventilatorschaufeln besteht, wobei jede Ventilatorschaufel im Bereich eines mit der Nabe verbundenen Schaufelfußes axial und in Umfangsrichtung schräg zwischen einer Einströmseite und einer Ausströmseite der Nabe verläuft.

Ein derartiges Axialventilator-Laufrad ist in dem Dokument EP 1 609 996 A1/B1 beschrieben. Dieses Laufrad ist mit seiner Nabe zur Befestigung auf ein rotierendes Teil, insbesondere auf einen Rotor eines Elektromotors, aufpressbar. Dazu ist innerhalb der Nabe eine im Wesentlichen zylindrische bzw. ringförmige Ronde angeordnet.

Das bekannte Axialventilator-Laufrad hat sich in der Praxis bisher gut bewährt, weil es insbesondere eine einfache Montage und eine sichere Halterung auf dem Rotor ermöglicht. Außerdem kann durch axiale Öffnungen der Ronde eine Kühlluft- Durchströmung ermöglicht werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass hinsichtlich der eigentlichen Förder-Durchströmung, d. h. der Hauptströmung des Axialventilators, die Strömungseigenschaften noch verbesserungswürdig sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Axialventilatorrad der beschriebenen, gattungsgemäßen Art hinsichtlich seiner Hauptströmung und seiner Luftleistung zu verbessern. Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen

Ansprüchen sowie in der anschließenden Beschreibung enthalten.

Erfindungsgemäß ist demnach die Nabe auf ihrer Einströmseite in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Schaufelfüßen der benachbarten Ventilatorschaufeln über randliche Ausnehmungen bezüglich ihrer axialen Nabenlänge verkürzt. Bevorzugt sind durch die Ausnehmungen der Nabe zwischen den Schaufelfüßen konkav gekrümmte Nabenrandabschnitte mit stetigen, kantenfreien Übergängen zu den in

Umfangsrichtung angrenzenden Randabschnitten gebildet. Hierdurch werden vorteilhafterweise Schwachstellen, Kerbwirkungen und dergleichen vermieden.

Die am einströmseitigen Rand der Nabe gebildeten, erfindungsgemäßen

Ausnehmungen sind zweckmäßig so gestaltet, dass im Betrieb, bei Rotation des Axialventilatorrades durch Beseitigung oder Minimierung von störenden

Kantenbereichen die geförderte Luft einen das Ventilatorrad tragenden und rotierend antreibenden Elektromotor und auch die Nabe selbst mit minimalen

Beeinträchtigungen durch Wirbel und dergleichen im Bereich zwischen den

Ventilatorschaufeln umströmen kann. Durch die erfindungsgemäßen Ausnehmungen kann folglich eine insbesondere hinsichtlich der Luftleistung optimierte Ventilatorrad- Durchströmung erreicht werden.

Anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im Folgenden genauer erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Draufsicht auf die vordere Einströmseite eines

erfindungsgemäßen Axialventilatorrades (Ansicht in Pfeilrichtung I gemäß Fig. 2),

Fig. 2 Seitenansicht in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1 , Fig. 3 eine Perspektivansicht des Axialventilatorrades gemäß Fig. 1 und 2 schräg von hinten in Richtung auf die Ausströmseite,

Fig. 4 eine Perspektivansicht analog zu Fig. 3, jedoch im montierten, auf einen

Elektromotor aufgepressten Zustand des erfindungsgemäßen Axialventilatorrades,

Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2 im montierten Zustand nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine Perspektivansicht zu Fig. 4 und 5 schräg von vorn in Richtung auf die Einströmseite.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels sowie auch unabhängig von den Merkmalskombinationen und Rückbeziehungen der

Ansprüche eine erfinderische Bedeutung haben.

Ein erfindungsgemäßes Axialventilatorrad 1 besteht aus einem Radkörper 2, der seinerseits aus einer rohrartigen, hohlzylindrischen Nabe 4 und mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit der äußeren Umfangsfläche der Nabe 4

verbundenen und ausgehend von der Nabe 4 radial oder schräg geneigt nach außen verlaufenden Ventilatorschaufeln 6 besteht. Der Begriff„schräg geneigt" schließt auch eine Schaufelkrümmung ein, wie sie beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Schaufeln 6 sind insbesondere in Drehrichtung vorwärts geneigt oder gekrümmt, können aber auch rückwärts geneigt oder gekrümmt sein. Im dargestellten

Ausführungsbeispiel weist das Ventilatorrad 1 sieben Ventilatorschaufeln 6 auf. Die Ventilatorschaufeln 6 können gleichmäßig mit jeweils gleichen Winkelabständen oder - zum Zwecke einer„natürlichen Auswuchtung" - ungleichmäßig mit ungleichen

Winkelabständen über den Umfang verteilt angeordnet sein. Jede Ventilatorschaufel 6 verläuft im Bereich eines mit der Nabe 4 verbundenen Schaufelfußes 8 axial und in Umfangsrichtung schräg, insbesondere mit einer bestimmten Krümmung, zwischen einer Einströmseite 10 und einer Ausströmseite 12 der Nabe 4 bzw. des

Ventilatorrades 1. Der Begriff„schräg" schließt demnach auch hier einen bestimmten Krümmungsverlauf ein, siehe z. B. Fig. 3. Durch diese Neigung, Schrägstellung oder Krümmung der Ventilatorschaufeln 6 wird bei Rotation eine in Fig. 2 und 5 jeweils durch Pfeile 14 veranschaulichte Luft-Durchströmung als Hauptströmung von der Einströmseite 10 zur Ausströmseite 12 bewirkt. Die Einströmseite 10 wird auch als Saugseite bezeichnet und die Ausströmseite 12 als Druckseite.

Erfindungsgemäß ist nun die Nabe 4 auf der Einströmseite 10 in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Schaufelfüßen 8 der jeweils benachbarten Ventilatorschaufeln 6 über randliche Ausnehmungen 16 bereichsweise bezüglich ihrer axial bzw.

achsparallel gemessenen Nabenlänge verkürzt ausgebildet. Durch diese

Ausnehmungen 16 im einströmseitigen Randbereich der Nabe 4 sind zwischen den jeweils benachbarten Schaufelfüßen 8 Nabenrandabschnitte 18 gebildet, die

vorzugsweise konkav gekrümmt verlaufen. Hierbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die konkav gekrümmten Nabenrandabschnitte 18 mit stetigen, kanten- und eckenfreien Übergängen in die jeweils in Umfangsrichtung angrenzenden Randabschnitte der Nabe 4 übergehen. Hierdurch werden vorteilhafterweise mechanische Schwachstellen, Kerbwirkungen und dergleichen vermieden.

Wie weiter oben bereits erläutert wurde, wird durch die am einströmseitigen Rand der Nabe 4 gebildeten Ausnehmungen 16 eine Verbesserung der Strömungseigenschaften dahingehend erreicht, dass im Betrieb, bei Rotation des Axialventilatorrades 1 , durch Beseitigung oder zumindest Minimierung von störenden, im Strömungsbereich der Hauptströmung liegenden Naben-Kantenbereichen die geförderte Luft die Nabe 4 mit einer minimalen Beeinträchtigung durch Wirbel und dergleichen im Bereich zwischen den Ventilatorschaufeln 6 umströmen kann. Durch die erfindungsgemäßen

Ausnehmungen 16 kann folglich eine optimierte Ventilatorrad-Durchströmung erreicht werden. Dies hat einen positiven Einfluss auf die Luftleistung.

Zum rotierenden Antrieb wird das Axialventilatorrad 1 auf einem rotierenden Teil befestigt. Dazu ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass innerhalb der Nabe 4 des Radkörpers 2 eine ringförmige Ronde 20 befestigt ist, mit der der Radkörper 2 auf das rotierende Teil, gemäß Fig. 4 bis 6 insbesondere auf eine zylindrische

Außenumfangsfläche eines Außenläufer-Rotors 22 eines Elektromotors 24,

kraftschlüssig aufpressbar ist. We sich insbesondere aus Fig. 4 und 6 ergibt, ist wegen dieser Befestigungsart die Nabe 4 koaxial zu dem Rotor 22 in radialer Richtung über die Ronde 20 beabstandet. Die Ronde 20 sitzt in dem dadurch gebildeten

umfangsgemäßen Ringspalt zwischen dem Rotor 22 und der Nabe 4. Hierbei ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Ronde 20 in ihrem

Ringquerschnitt über den Umfang verteilt angeordnete, in axialer bzw. achsparalleler Richtung durchgehende Öffnungen 26 insbesondere für eine Durchströmung mit Kühlluft aufweist. Somit bilden die Öffnungen 26 Kühlkanäle, die zwei axial beidseitig der Ronde 20 und jeweils radial zwischen der Nabe 4 und dem Rotor 22 gebildete Ringspalt-Bereiche miteinander so verbinden, dass der Rotor 22 bei Rotation von der Druckseite, das ist die Ausströmseite 12, zur Saugseite, das ist die Einströmseite 10, mit der Kühlluft umströmt und dadurch der Motor 24 effektiv gekühlt wird. Außerdem erlauben die Öffnungen 26 auch ein Ablaufen von Kondensflüssigkeiten, die sich bei bestimmten Anwendungen und unter bestimmten Betriebsbedingungen bilden können.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist der Radkörper 2 mit der Nabe 4 und den Ventilatorschaufeln 6 insbesondere aus Kunststoff als einstückiges Formteil ausgebildet. Die Ronde 20 besteht zumindest anteilig aus Metall, beispielsweise aus einem mit Kunststoff umspritzten Metallblech. In einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Ausgestaltung kann - im Sinne der eingangs genannten EP 1 609 996 A1/B1 - vorgesehen sein, dass die Ronde 20 auf ihrem inneren Umfang in Umfangsrichtung alternierend angeordnete erste und zweite Flächenabschnitte aufweist, wobei die ersten Flächenabschnitte einen ersten, größeren Innendurchmesser und die zweiten Flächenabschnitte einen zweiten, kleineren Innendurchmesser definieren. Der kleinere Innendurchmesser der zweiten Flächenabschnitte ist derart ausgelegt, dass in diesem Bereich beim Aufpressen die kraftschlüssige Halterung auf dem Rotor 22 bewirkt wird. Demnach handelt es sich um eine segmentierte Ronde, wobei die Innenumfangsfläche in die genannten Abschnitte mit unterschiedlichen Innendurchmessern unterteilt ist. Die Abschnitte mit dem kleineren Durchmesser werden beim Aufpressvorgang aufgeweitet, während die Abschnitte mit dem größeren Durchmesser ihre radiale Position beim Aufpressvorgang nicht oder nur unwesentlich verändern, jedoch vorteilhafterweise eine Senkung des mittleren Niveaus der mechanischen Spannungswerte bewirken. Beim Aufpressen wird vermieden, dass eine auftretende Verformung der Ronde an die Nabe weitergeleitet werden könnte.

Die Ronde 20 kann beim Spritzvorgang des Radkörpers 2 unmittelbar stoffschlüssig in das Material eingeformt und gegebenenfalls zusätzlich mit Kunststoff umspritzt werden.

Durch die Erfindung wird eine deutliche Verbesserung der Luftleistung des

Axialventilatorrades 1 erreicht. Die größten Effekte ergeben sich bei kurzen Motor- Baugrößen, d. h. bei geringer axialer Länge. Auch für Einsatzfälle ohne die

Kühlströmung (Rotor-Rückströmung) ergibt sich durch die gewählte Naben-Geometrie ein deutlicher Vorteil, weil die Hauptströmung im Nabenbereich durch Vermeidung bzw. Beseitigung von Störstellen deutlich geringere Wirbelbildungen an der Nabe verursacht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne

Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen Teilmerkmalen für sich eine

erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Ansprüche

1. Axialventilatorrad (1 ) mit einem Radkörper (2), der aus einer hohlzylindrischen Nabe (4) und mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit der Nabe (4) verbundenen Ventilatorschaufeln (6) besteht, wobei jede Ventilatorschaufel (6) im Bereich eines mit der Nabe (4) verbundenen Schaufelfußes (8) axial und in Umfangsrichtung geneigt zwischen einer Einströmseite (10) und einer Ausströmseite (12) der Nabe (4) verläuft,

dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) auf ihrer Einströmseite (10) in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Schaufelfüßen (8) der benachbarten Ventilatorschaufeln (6) über randliche Ausnehmungen (16) bezüglich ihrer axialen Nabenlänge verkürzt ist.

2. Axialventilatorrad nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausnehmungen (16) der Nabe (4) zwischen den Schaufelfüßen (8) konkav gekrümmte Nabenrandabschnitte (18) gebildet sind.

3. Axialventilatorrad nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Nabe (4) eine ringförmige Ronde (20) befestigt ist, mit der der Radkörper (2) auf ein rotierendes Teil,

insbesondere einen Außenläufer-Rotor (22) eines Elektromotors (24), aufpressbar ist.

4. Axialventilatorrad nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ronde (20) in ihrem Ringquerschnitt über den Umfang verteilt angeordnete, axial durchgehende Öffnungen (26) insbesondere für eine Durchströmung mit Kühlluft aufweist.

5. Axialventilatorrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass der Radkörper (2) mit der Nabe (4) und den Ventilatorschaufeln (6), insbesondere aus Kunststoff, als einstückiges Formteil ausgebildet ist.

6. Axialventilatorrad nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ronde (20) zumindest anteilig aus Metall besteht.