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Die Erfindung betrifft einen als Radialventilator oder als Diagonalventilator ausgebildeten Ventilator, wobei es sich bei einem solchen Diagonalventilator insbesondere um einen Diagonalventilator radialer Bauart handelt. Dabei werden als Ventilator auch Lüfter, Gebläse und dergleichen verstanden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Ventilatoren und insbesondere auch Radialventilatoren bekannt, welche teils synonym und teils abhängig von ihrer Ausgestaltung oder dem Einsatzbereich auch als Lüfter, Gebläse oder im Falle eines radialen Strömungsanteils als Zentrifugallüfter und dergleichen bezeichnet werden können.
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Solche Ventilatoren weisen ein Laufrad und einen Elektromotor sowie eine Leistungselektronik zur Ansteuerung des Elektromotors auf, wobei das durch den Elektromotor um eine Rotationsachse angetriebene Laufrad ausgebildet ist, Fluid bzw. meist Luft an einer Saugseite anzusaugen und an einer Druckseite auszustoßen.
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Hierbei sind der Elektromotor zum Antrieb des Laufrades meist an einer von der Saugseite abgewandten Seite bzw. Bodenscheibe des Laufrades und die Leistungselektronik an einer von der Saugseite abgewandten Seite des Elektromotors angeordnet.
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Das hat den Vorteil, dass die dadurch gebildete Rotationseinheit aus Laufrad, Elektromotor und Leistungselektronik über den feststehenden, d. h. nicht um die Rotationsachse rotierenden Teil des Elektromotors oder der Leistungselektronik in einfacher Weise und beispielsweise über eine Tragspinne in einem Gehäuse oder an einer Wandung fixiert werden kann.
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Für einen effizienten Betrieb des Elektromotors sind die Leistungselektronik und insbesondere die Temperatur der Leistungselektronik jedoch entscheidend, da der Elektromotor durch die Leistungselektronik gesteuert und mit elektrischer Energie versorgt wird. Dabei kommt es jedoch zu einer Erwärmung der Leistungselektronik, wobei die Effizienz der aus Elektromotor und Leistungselektronik bestehenden Antriebseinheit sinkt, wenn die Temperatur der Leistungselektronik in einem nicht zulässigen Bereich liegt, bzw. sinkt, je höher die Temperatur der Leistungselektronik ist. Somit stellt die Leistungselektronik einen limitierenden Faktor dar.
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Im Stand der Technik wird daher entweder eine überdimensionierte Leistungselektronik vorgesehen, sodass ein effizienter Betrieb in einem vorbestimmten Betriebsbereich möglich ist, oder es wird eine meist aktive Kühlung für die Leistungselektronik vorgesehen, welche diese in dem vorbestimmten Betriebsbereich in einem vorgesehenen Temperaturbereich hält. Beide Varianten sind jedoch nachteilhaft, da entweder eine unnötig überdimensionierte Leistungselektronik oder zusätzliche Vorrichtungen zur Wärmeabfuhr, wie insbesondere zusätzliche Kühlräder, vorgesehen werden müssen, über welche die Wärme teils nicht effizient abführbar ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und einen als Radial- oder Diagonalventilator ausgebildeten Ventilator bereitzustellen, dessen Leistungselektronik effizient gekühlt werden kann, sodass der Ventilator einen effizienten Betrieb erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Ventilator vorgeschlagen, bei welchem es sich um einen Radialventilator oder Diagonalventilator, insbesondere radialer Bauart, handelt. Der Ventilator weist hierbei ein Laufrad, einen Elektromotor zum rotatorischen Antrieb des Laufrades um eine Rotationsachse und eine Leistungselektronik zur Ansteuerung des Elektromotors auf. Weiter ist das Laufrad ausgebildet, Fluid - insbesondere Luft - in Axialrichtung von einer Saugseite anzusaugen, durch das Laufrad entlang eines vorbestimmten Strömungspfads zu fördern und an einer Druckseite in eine von dem Laufrad bestimmte Ausblasrichtung auszustoßen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Leistungselektronik saugseitig an dem Elektromotor und angrenzend an den Strömungspfad angeordnet ist, sodass die Leistungselektronik von dem Fluid entlang dem Strömungspfad kühlend angeströmt wird, sodass also die Leistungselektronik ohne zusätzliche aktive Kühlung effizient von der durch den Ventilator selbst erzeugten Fluidströmung gekühlt werden kann.
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Wie einleitend ausgeführt, ist der Ventilator auch als Lüfter, Gebläse oder beispielsweise auch als Zentrifugallüfter bezeichenbar.
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Das Laufrad ist vorzugsweise ausschließlich über den Elektromotor mit der Leistungselektronik verbunden, wobei die Leistungselektronik weiter vorzugsweise unmittelbar an dem Elektromotor angeordnet ist.
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Wie im Stand der Technik allgemein bekannt, übernimmt die Leistungselektronik dabei auch vorliegend vorzugsweise die gesteuerte Energieversorgung bzw. elektrische Kommutierung des Elektromotors, sodass dieser dadurch gezielt zu einer Rotation angeregt bzw. angesteuert werden kann.
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Da es sich bei dem vorgeschlagenen Ventilator um einen Radialventilator oder einen Diagonalventilator handelt, weist die Ausblasrichtung zumindest einen radialen Anteil auf oder ist als Radialrichtung zu verstehen. Das Fluid wird also an der Saugseite entlang der Rotationsachse in das Laufrad gesaugt und in Ausblasrichtung bzw. vorzugsweise in eine zu der Rotationsachse orthogonale Radialrichtung aus diesem ausgestoßen, sodass die Druckseite benachbart und insbesondere radialaußerhalb des Laufrades liegt.
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Um eine effiziente Kühlung der Leistungselektronik und dadurch einen effizienten Betrieb des Ventilators zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungselektronik zumindest abschnittsweise in der Zentralkammer angeordnet ist und/oder die Zentralkammer abschnittsweise begrenzt, sodass durch die Zentralkammer strömendes Fluid bzw. strömende Luft zur Kühlung der Leistungselektronik entlang der Leistungselektronik geführt ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, welche um eine Zentralkammer und insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt um die Zentralkammer angeordnet sind. Wie im Weiteren noch genannt, kann das Laufrad ferner eine Bodenscheibe und eine Deckscheibe aufweisen, sodass durch je zwei Schaufeln zusammen mit der Boden- und der Deckscheibe ein von der Zentralkammer nach radialaußen führender Strömungskanal gebildet sein kann.
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Von einer solchen Zentralkammer ausgehend, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Leistungselektronik zumindest abschnittsweise in der Zentralkammer angeordnet ist und/oder die Zentralkammer abschnittsweise begrenzt, d. h. beispielsweise eine die Zentralkammer abschließende Wand bildet, sodass das entlang dem Strömungspfad strömende Fluid durch die Zentralkammer und entlang der Leistungselektronik strömt.
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Da also die Leistungselektronik nicht wie sonst meist üblich außerhalb des Laufrades, sondern saugseitig am Laufrad und vorzugsweise innerhalb des Laufrades angeordnet ist, wird die Leistungselektronik unmittelbar von der durch das Laufrad erzeugten Fluid- bzw. Luftströmung gekühlt.
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Ausgehend von einem ansonsten im Wesentlichen identischen Ventilator hat sich bei Simulationen und Versuchen mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilator und einer entsprechend angeordneten Leistungselektronik gezeigt, dass die beim Betrieb entstehenden Temperaturen an der Leistungselektronik gesenkt und dadurch eine 5 bis 10% höhere Drehzahl des Laufrades erreicht werden können, bevor eine zulässige Maximaltemperatur erreicht wird. Daraus folgt, dass also eine 5 bis 10 % höhere maximal zulässige Drehzahl möglich wird bzw. die Leistungselektronik sowie ggfs. der Elektromotor bei einer vorbestimmten Drehzahl eine geringere Temperatur aufweisen, wodurch sich Effizienz und Lebensdauer erhöhen.
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Bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus des Laufrades ist festzustellen, dass dieses gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine saugseitige Deckscheibe und eine Bodenscheibe sowie eine Vielzahl sich zwischen der Deck- und der Bodenscheibe von der Zentralkammer nach radialaußen erstreckenden Schaufeln aufweist. Die Zentralkammer geht folglich nach radialaußen in durch die Schaufeln gebildete Strömungskanäle über und ist saugseitig offen, wobei die Zentralkammer an einer entlang der Rotationsachse von der Saugseite abgewandten Seite von der Bodenscheibe und der Leistungselektronik bzw. einem nachfolgend erläuterten Elektronikgehäuse abgeschlossen ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik ein Elektronikgehäuse aufweist, welches in seinem Innenraum Elektronikkomponenten der Leistungselektronik aufnimmt und diese einhaust, sodass die Leistungselektronik vorzugsweise durch das Elektronikgehäuse nach außen abgegrenzt ist. Dabei ist das Elektronikgehäuse ausgebildet, Wärme aus seinem Innenraum und/oder von den Elektronikkomponenten abzuführen und auf das entlang dem Strömungspfad strömende Fluid zu übertragen.
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Ausgehend von einem solchen Elektronikgehäuse, kann vorgesehen sein, dass das Elektronikgehäuse zumindest abschnittsweise in der Zentralkammer angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann zudem vorgesehen sein, dass die Zentralkammer abschnittsweise durch das Elektronikgehäuse begrenzt ist. Dabei ist das Elektronikgehäuse ausgebildet, entlang dem Strömungspfad und/oder in der Zentralkammer von dem Fluid umströmt bzw. angeströmt zu werden und Wärme von der Leistungselektronik bzw. von den Elektronikkomponenten der Leistungselektronik an das Fluid abzugeben.
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Weiter ist das Elektronikgehäuse vorzugsweise vorgesehen, die Elektronikkomponenten bzw. die gesamte Leistungselektronik abzuschirmen und vor Störeinflüssen sowie auch vor Verschmutzung zu schützen.
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Das Elektronikgehäuse kann sich insbesondere konzentrisch zu der Rotationsachse von dem Elektromotor in Axialrichtung zu der Saugseite und soweit vorhanden in die Zentralkammer erstrecken, wobei zusätzlich oder alternativ hierzu vorgesehen sein kann, dass das Elektronikgehäuse ausgebildet ist, das von der Saugseite einströmende Fluid entlang dem Strömungspfad und insbesondere in Radialrichtung oder allgemein in die vorbestimmte Ausblasrichtung umzulenken.
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Weiter ist das Elektronikgehäuse vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildet, um den Strömungswiderstand im Bereich des Elektronikgehäuses zu reduzieren.
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Neben weiteren Varianten sind drei Ausführungsformen besonders vorteilhaft, wobei die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse bei einer ersten Variante nicht in der Zentralkammer vorgesehen ist, aber diese an der von der Saugseite abgewandten Seite des Laufrades begrenzt, d. h. an der Zentralkammer, vorgesehen ist und diese abschnittsweise bestimmt. Obgleich im Weiteren näher erläutert, ist der Elektromotor bei einer solchen Ausgestaltung vorzugsweise als Scheibenläufer ausgebildet, wodurch sich der benötigte Bauraum in Axialrichtung, d. h. entlang der Rotationsachse, reduziert.
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Bei einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse zumindest abschnittsweise in der Zentralkammer und vorzugsweise vollständig in der Zentralkammer angeordnet ist, ohne sich saugseitig aus der Zentralkammer und/oder dem Laufrad hinaus zu erstrecken.
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Eine dritte Variante sieht vor, dass die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse zumindest abschnittsweise in der Zentralkammer angeordnet ist und sich saugseitig aus der Zentralkammer und/oder dem Laufrad hinaus erstreckt.
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Soweit eine im Weiteren noch erläuterte Einströmöffnung und insbesondere Einlaufdüse vorgesehen ist, kann hinsichtlich der zweiten und dritten Variante vorgesehen sein, dass sich die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse in Axialrichtung die Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse hinein und/oder in Axialrichtung über diese hinaus erstreckt.
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Sowohl bei der zweiten als auch bei der dritten Variante ist zudem vorzugsweise vorgesehen, dass die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse sich in der Zentralkammer von der Seite der Bodenscheibe des Laufrades bzw. ausgehend von der Bodenscheibe des Laufrades und/oder von der Seite des Elektromotors bzw. ausgehend von dem Elektromotor in die Zentralkammer erstreckt, um die in der Zentralkammer umströmte Oberfläche der Leistungselektronik zu maximieren.
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Alternativ bzw. zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich der Elektromotor abschnittsweise und insbesondere eine Statorbuchse des Elektromotors in die Zentralkammer erstreckt. Entsprechend kann sich die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse ausgehend von dem Elektromotor bzw. der Statorbuchse weiter in die Zentralkammer erstrecken bzw. in dieser angeordnet sein. Der in der Zentralkammer angeordnete bzw. sich in die Zentralkammer erstreckende Abschnitt des Elektromotors und insbesondere dessen Statorbuchse ist dabei ausgebildet, von dem durch die Zentralkammer strömenden Fluid kühlend umströmt und/oder durchströmt zu werden. Entsprechend kann die Statorbuchse eine in der Zentralkammer angeordnete Oberfläche aufweisen, welche in der Zentralkammer von Fluid umströmbar ist bzw. angeströmt wird.
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Bei einer solchen Ausgestaltung kann an dem sich in die Zentralkammer erstreckenden Abschnitt des Elektromotors bzw. an der Statorbuchse zudem zumindest ein Kühlelement und vorzugsweise eine Vielzahl von Kühlrippen vorgesehen sein, welche entsprechend von dem die Zentralkammer durchströmenden Fluid angeströmt werden und den Elektromotor selbst unmittelbar kühlen.
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Obgleich vorzugsweise vorgesehen ist, dass an einem Rotor des Elektromotors kein Hilfskühlrad vorgesehen ist, kann für besonders hohe Wärmebelastungen vorgesehen sein, dass zusätzlich oder alternativ auch am Rotor des Elektromotors und insbesondere an einer Rotorglocke des Elektromotors mitdrehende Kühl- oder Schaufelelemente vorgesehen werden, welche zusammen mit dem Laufrad rotatorisch angetrieben sind. Alternativ oder zusätzlich können solche mitdrehenden Kühl- oder Schaufelelemente auch an einer von der Saugseite abgewandten Seite des Rotors bzw. der Rotorglocke und insbesondere an einer von der Zentralkammer abgewandten Seite der Bodenscheibe des Laufrades vorgesehen sein, welche dann eine zusätzliche Strömung erzeugen, welche von der Strömung des Fluides durch die Zentralkammer unabhängig ist.
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Da insbesondere in der Zentralkammer eine Umlenkung des entlang der Rotationsachse, d. h. axial angesaugten Fluides in die Ausblasrichtung stattfindet, kann die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse insbesondere bei der zweiten und dritten Variante dazu genutzt werden, die Umlenkung des Fluides zu unterstützen oder die Fluidströmung durch die Zentralkammer zumindest nicht negativ zu beeinflussen. Hierzu können eine nach außen und insbesondere nach radialaußen weisende Oberfläche und vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Elektronikgehäuses stetig und/oder sprungfrei und insbesondere als Kugelsegment ausgebildet sein.
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Zur Verbesserung der Kühlung über das Elektronikgehäuse können an diesem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung Kühlelemente und insbesondere Kühlrippen vorgesehen sein, welche ausgebildet sind, von dem Fluid umströmt zu werden und Wärme von der Leistungselektronik an das Fluid abzugeben.
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Weiter können die Kühlelemente des Elektronikgehäuses beispielsweise angestellt, d. h. gegenüber der auf sie treffenden Strömung verkippt, sein und zusätzlich als Strömungsleitrippen wirken, durch welche das Fluid in vorbestimmter Weise umgelenkt, dem Fluid ein vorbestimmter Drall aufgeprägt und/oder das Fluid entlang eines vorbestimmten Strömungspfads gelenkt werden kann.
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Sind Kühlelemente an dem Elektronikgehäuse vorgesehen, kann dieses auch mehrteilig ausgebildet sein, sodass die Kühlelemente aus einem wärmeleitfähigen Material und ein nicht durch die Kühlelemente gebildeter Abschnitt des Elektronikgehäuses aus einem nicht wärmeleitfähigen Material ausgebildet sein können.
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Wie genannt, kann die Leistungselektronik Elektronikkomponenten bzw. Elektronikbauteile aufweisen. Hierbei ist an dem Elektronikgehäuse vorzugsweise zumindest ein Kühlkörper zur Anlage an den Elektronikkomponenten vorgesehen, wobei der zumindest eine Kühlkörper insbesondere integral durch das Elektronikgehäuse gebildet ist. Der zumindest eine Kühlkörper ist ausgebildet, Wärme von den Elektronikkomponenten auf das Elektronikgehäuse abzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Ventilator zudem eine saugseitig des Laufrades angeordnete Frontplatte aufweisen, welche eine Einströmöffnung aufweist, welche insbesondere durch eine sich in Axialrichtung zu und/oder in das Laufrad bzw. in die Deckscheibe des Laufrades erstreckende Einlaufdüse ausgebildet ist, wobei die Frontplatte auch grundsätzlich der Einlaufdüse entsprechen kann. Weiter weist der Ventilator zumindest eine Vorleitstrebe zur Anbindung der Leistungselektronik bzw. vorzugsweise zur Anbindung des Elektronikgehäuses an die Frontplatte auf. Dabei ist vorzugsweise eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Rotationsachse gleichmäßig verteilten Vorleitstreben vorgesehen. Die zumindest eine Vorleitstrebe erstreckt sich insbesondere durch die Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse oder alternativ in der Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse oder weiter alternativ an der Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse, d. h. axial benachbart zu dieser, von der Leistungselektronik bzw. dem Elektronikgehäuse zu der Frontplatte und fixiert dadurch die Leistungselektronik an der Frontplatte. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorleitstreben im Bereich der Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse an die Fronplatte angebunden sind bzw. in diese übergehen, wobei alternativ auch vorgesehen sein kann, dass sich die Vorleitstreben bis auf eine von dem Laufrad abgewandte Oberfläche der Frontplatte, d. h. bis außerhalb der Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse, aber vorzugsweise radial angrenzend an die Einströmöffnung bzw. Einlaufdüse erstrecken. Vorzugsweise gilt dabei, dass ein von den Vorleitstreben bestimmter maximaler Außendurchmesser kleiner ist als ein Außendurchmesser des Laufrades.
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Die zumindest eine Vorleitstrebe kann dabei genutzt werden, um das entlang dem Strömungspfad in das Laufrad eingesaugte bzw. strömende Fluid positiv zu beeinflussen. Hierfür kann die zumindest eine Vorleitstrebe ausgebildet sein, das entlang dem Strömungspfad strömende Fluid in vorbestimmte Weise gleichzurichten, umzulenken und/oder dem Fluid einen vorbestimmten Drall aufzuprägen. Beispielsweise können die Form, Dicke und Anstellung der Vorleitstrebe über ihren Längsverlauf derart variierend, d. h. sich verändernd ausgebildet sein, dass das einströmende Fluid bei seiner Strömung entlang der Vorleitstrebe fortlaufend und vorzugsweise gleichmäßig umgelenkt, d. h. ggfs. auch ein Drall aufgeprägt wird. Dabei kann die Vorleitstrebe auch mehrere Abschnitte aufweisen, wobei jeweils einem Abschnitt eine bestimmte Funktion zugeordnet ist, sodass die Vorleitstrebe das Fluid in einem ersten Abschnitt beispielsweise gleichrichtet und dem Fluid in einem zweiten Abschnitt einen Drall aufprägt.
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Weiter kann die zumindest eine Vorleitstrebe zusammen mit zumindest einer Umfangsstrebe ein Vorleitgitter bilden, welches als Strömungsgleichrichter ausgebildet ist und/oder ebenfalls ausgebildet ist, dem entlang dem Strömungspfad strömenden Fluid einen vorbestimmten Drall aufzuprägen und/oder das Fluid in vorbestimmter Weise umzulenken.
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Ist die Vorleitstrebe oder das gesamte Vorleitgitter zudem wärmeleitfähig ausgebildet, kann dieses ebenfalls dazu dienen, Wärme von der Leistungselektronik abzuführen. Die zumindest eine Vorleitstrebe kann entsprechend zudem auch thermisch leitend mit der Leistungselektronik bzw. dem Elektronikgehäuse verbunden und ausgebildet sein, Wärme an das entlang dem Strömungspfad strömende Fluid abzugeben. Hierfür kann die zumindest eine Vorleitstrebe beispielsweise aus einem thermisch gut leifähigem Material ausgebildet sein.
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Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Vorleitstrebe in ein auf dem Elektronikgehäuse vorgesehenes Kühlelement bzw. in eine Kühlrippe übergeht oder dieses integral bildet. Ist also eine Vielzahl von Kühlelementen auf dem Elektronikgehäuse vorgesehen bzw. durch dieses gebildet, kann ein Teil dieser Kühlelemente integral durch jeweils eine Vorleitstrebe gebildet werden.
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Wie bereits erläutert, ist die Leistungselektronik vorzugsweise unmittelbar an dem Elektromotor angeordnet und/oder ausschließlich mittelbar über den Elektromotor mit dem Laufrad verbunden. Hinzukommt, dass der Elektromotor bzw. das Laufrad über den Elektromotor vorzugsweise ausschließlich über die Leistungselektronik und die zumindest eine Vorleitstrebe mit der Frontplatte verbunden und an dieser fixiert sein kann. Somit kann der gesamte Ventilator über die Frontplatte in eine übergeordnete Vorrichtung bzw. eine Wandung der übergeordneten Vorrichtung eingebunden werden, zu welcher die Frontplatte und die Leistungselektronik ortsfest fixiert und gegenüber welcher das Laufrad über den Elektromotor rotatorisch antreibbar ist.
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Hinsichtlich des Elektromotors gilt, dass dieser als Innen- oder Außenläufermotor ausgebildet sein kann und vorzugsweise eine Leistung zwischen 10 W und 100 kW hat.
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Weiter und wie beschrieben, kann der Elektromotor als Scheibenläufermotor ausgebildet sein, welcher an einer von der Saugseite abgewandten Seite des Laufrades bzw. der Bodenscheibe des Laufrades angeordnet sein kann.
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Soweit die Bodenscheibe des Laufrades an der von der Saugseite abgewandten Seite einen Hohlraum begrenzt, erstreckt sich der Elektromotor vorzugsweise in diesen hinein und, soweit ein minimaler axialer Bauraum erreicht werden soll, weiter vorzugsweise in Axialrichtung zu der von der Saugseite abgewandten Seite nicht über diesen hinaus.
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Insbesondere bei der oben genannten ersten Variante, bei welcher die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse die Zentralkammer begrenzt, kann zudem die Leistungselektronik bzw. das Elektronikgehäuse in dem Hohlraum vorgesehen sein, welcher von der Bodenscheibe an der von der Saugseite abgewandten Seite begrenzt wird.
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Der Ventilator kann ferner ein das Laufrad umgebendes Strömungsgehäuse aufweisen, in welches die Rotationseinheit aus Laufrad, Elektromotor und Leistungselektronik als Ganzes einsetzbar ist bzw. welches um die Rotationseinheit anordenbar ist, sodass das Laufrad vorzugsweise ausschließlich über die Frontplatte mit dem Strömungsgehäuse verbunden und innerhalb des Strömungsgehäuses durch den Elektromotor rotatorisch antreibbar ist. Dabei ist das Strömungsgehäuse ausgebildet, die durch das Laufrad erzeugte Strömung weiter zu lenken und beispielsweise in einem oder mehreren Ausblasabschnitten zu bündeln.
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Hierfür kann das Strömungsgehäuse eine saugseitige Öffnung aufweisen, durch welche hindurch die Rotationseinheit in das Gehäuse führbar ist, sodass das Laufrad, der Elektromotor und die Leistungselektronik in dem Strömungsgehäuse angeordnet sind und die saugseitige Öffnung des Strömungsgehäuses durch die Frontplatte abgedeckt wird. Wie beschrieben gilt, dass das Laufrad, der Elektromotor und die Leistungselektronik vorzugsweise ausschließlich über die Vorleitstreben und die Frontplatte in dem Strömungsgehäuse gehalten werden und fixiert sind.
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Mit der Frontplatte, ist die Rotationseinheit bzw. der Ventilator d.h., der Radialventilator bzw. Diagonalventilator, zudem in eine beispielsweise von der Wandung der übergeordneten Vorrichtung ausgebildeten Aufnahme einsetzbar, wobei die Rotationseinheit vorzugsweise ausschließlich über die Frontplatte mit der Wandung verbunden ist und keine zusätzlichen Halteelemente, wie beispielsweise eine Tragspinne notwendig sind, welche die Wandung unmittelbar mit dem Elektromotor oder der Leistungselektronik verbinden, um die Rotationseinheit an der Wandung zu halten.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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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:
- 1 ein Radialventilator gemäß dem Stand der Technik;
- 2 ein Radialventilator gemäß einer ersten Variante;
- 3 ein Radialventilator gemäß einer zweiten Variante;
- 4 ein Radialventilator gemäß einer dritten Variante;
- 5 ein Radialventilator gemäß einer vierten Variante;
- 6 ein Radialventilator gemäß einer fünften Variante;
- 7 ein Radialventilator gemäß einer sechsten Variante;
- 8 ein Radialventilator gemäß einer siebten Variante;
- 9 ein Diagonalventilator radialer Bauart.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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Grundsätzlich zeigen die 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 bis 8 einen Radialventilator 1 bzw. die 9 einen Diagonalventilator 1 radialer Bauart im Längsschnitt entlang der Rotationsachse A, wobei die Ventilatoren 1 jeweils ein als Radiallaufrad 10 ausgebildetes Laufrad 10 bzw. hinsichtlich 9 ein als Diagonallaufrad 10 ausgebildetes Laufrad 10, einen Elektromotor 20 und eine Leistungselektronik 30 aufweisen. Der Elektromotor 20 ist jeweils über seinen Rotor bzw. seine Rotorglocke 22 zum Antrieb des jeweiligen Laufrades 10 an diesem fixiert, wobei unmittelbar am Elektromotor 20 die Leistungselektronik 30 zur Steuerung bzw. Kommutierung des Elektromotors 20 angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei den Elektromotoren 20 gemäß der 1, 2 und 9 je um Elektromotoren mit einem umpressten Stator 24, wohingegen bei den 3, 4, 5, 6, 7 bis 8 Elektromotoren 20 mit Statorbuchsen 21 vorgesehen sind.
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Weiter ist für die 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 grundlegend festzustellen, dass die Laufräder 10 jeweils eine Bodenscheibe 12 und eine Deckscheibe 13 sowie eine Vielzahl sich zwischen der Boden- und der Deckscheibe 12, 13 und in Radialrichtung R erstreckender Schaufeln 14 aufweisen, wobei konzentrisch zu der Rotationsachse A durch das Laufrad 10 eine Zentralkammer 11 bestimmt ist, welche nach radialaußen in durch die Schaufeln 14 bestimmte Strömungskanäle übergeht und saugseitig offen ist. Bei einer von dem Elektromotor 20 angetriebenen Rotation des Laufrades 10 um die Rotationsachse A wird entsprechend eine Strömung erzeugt, durch welche ein Fluid an der Saugseite S entlang der Rotationsachse A bzw. in Axialrichtung angesaugt, entlang dem Strömungspfad P durch die Zentralkammer 11 gefördert und dabei in Radialrichtung R in die Strömungskanäle umgelenkt wird, sodass das Fluid nach radialaußerhalb des Laufrades 10 zu einer radialaußerhalb des Laufrades 10 angeordneten Druckseite D gefördert wird.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Radialventilators 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt, bei welchem die Leistungselektronik 30 auf einer von der Saugseite S abgewandten Seite der Bodenscheibe 12 angeordnet ist. Hierbei ist die aus Laufrad 10, Elektromotor 20 und Leistungselektronik 30 bestehende Einheit über als Tragspinne bezeichenbare Anbindungselemente 4 an einer Wandung 3 bzw. im Bereich der Leistungselektronik 30 an der Wandung 3 fixiert, welche eine als Öffnung ausgebildete Aufnahme vorsieht, durch welche sich eine Einlaufdüse 41 des Ventilators 1 erstreckt. Die Frontplatte 40 mit der Einlaufdüse 41 ist unabhängig hiervon und entsprechend separat an der Wandung 3 fixiert. Ausgehend von den Lösungen des Stands der Technik muss die Leistungselektronik 30 entweder durch eine Leistungsdrosselung oder durch zusätzliche Kühlung in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten werden, was entsprechend nachteilhaft ist.
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Zur Überwindung dieser Probleme und Leistungsoptimierung ist in 2 eine erste einfache Variante eines erfindungsgemäßen Radialventilators 1 dargestellt. Wesentlich bei der Variante gemäß 2, jedoch auch für alle Varianten gemäß den 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 ist, dass die Leistungselektronik 30 zumindest abschnittsweise in oder an der Zentralkammer 11 angeordnet ist, sodass das entlang dem Strömungspfad P und insbesondere durch die Zentralkammer 11 strömende Fluid entlang der Leistungselektronik 30 strömt und die Leistungselektronik 30 entsprechend kühlt.
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Auch bei der Variante gemäß 2 muss der Radialventilator 1 an der Wandung 3 befestigt sein, was in 2 nicht dargestellt ist, aber analog durch die in den 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 dargestellten Vorleitstreben 50 erfolgen kann.
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Vorzugsweise und wie in den Varianten gemäß den 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 dargestellt, ist also vorgesehen, dass das Laufrad 10, der Elektromotor 20 und die Leistungselektronik 30 über in der 2 nicht dargestellten, aber optional vorhandenen Vorleitstreben 50 mit der Frontplatte 40 eine zusammenhängende Einheit bilden, sodass die Einheit als Ganzes durch eine als Öffnung ausgebildete Aufnahme der Wandung 3 an der Wandung 3 einsetzbar und die Frontplatte 40 an der Wandung 3 fixierbar ist, sodass die Frontplatte 40 die Öffnung der Wandung 3 abdeckt und die Einheit bzw. den gesamten Ventilator 1 an der Wandung 3 hält.
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In den 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 ist jeweils ein Ventilator 1 dargestellt, wobei die Ventilatoren 1 untereinander bezüglich der Ausgestaltung der jeweiligen Leistungselektronik 30 bzw. eines jeweiligen Elektronikgehäuses 31 der Leistungselektronik 30, hinsichtlich der Vorleitstreben 50 sowie gegebenenfalls hinsichtlich der Ausgestaltung des Elektromotors 20 abweichen. Weiterhin gilt jedoch für jede der dargestellten Varianten, dass diese an einer Wandung 3 fixiert werden können, wie es in 2 dargestellt ist.
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Weiter ist allen Varianten, wie sie in den 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 dargestellt sind, gemein, dass die Leistungselektronik 30 ein zur Abschirmung der Elektronikkomponenten 33 und Wärmeabfuhr ausgebildetes Elektronikgehäuse 31 aufweisen, welches jeweils strömungsoptimiert ist. Dabei kann das Elektronikgehäuse 31 aus einem gut wärmeleitfähigen Material ausgebildet sein, wodurch die Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik 30 bzw. von den sich erwärmenden Elektronikkomponenten 33 der Leistungselektronik 30 sowie die Wärmeübertragung von dem Elektronikgehäuse 31 auf das entlang dem Strömungspfad P von der Saugseite S zu der Druckseite D strömende Fluid optimiert wird.
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Bei dem in 3 dargestellten Radialventilator 1 ist das Elektronikgehäuse 31 als Kugelsegment bzw. als Halbkugel ausgebildet, sodass also die nach außen gewandte Oberfläche des Elektronikgehäuses 31 stetig und sprungfrei ist und es zu entsprechend geringfügigen Störungen der Strömung kommt.
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Zudem bildet das Elektronikgehäuse 31 gemäß der in 3 dargestellten Variante, jedoch auch in den Varianten gemäß den 4, 5, 6, 7, 8 bis 9, stoffschlüssig, d. h. integral einen Kühlkörper 34 aus, welcher unmittelbar an den Elektronikkomponenten 33 anliegt, sodass die Wärme über den Kühlkörper 34 unmittelbar von den Elektronikkomponenten 33 abgeführt und auf das Elektronikgehäuse 31 übertragen werden kann.
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Weiter und insbesondere gemäß der Variante in 4 kann auch an der zu der Zentralkammer 11 gewandten, d. h. an der nach außen weisenden, Oberfläche des Elektronikgehäuses als Kühlrippen ausgebildete Kühlelemente 32 angeordnet oder ausgebildet sein, wodurch die Wärmeübertragung auf das Fluid weiter optimiert wird.
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Bei den Varianten der 3, 4, 5 und 8 ist zudem jeweils eine Vielzahl von Vorleitstreben 50 vorgesehen, welche sich von der Oberfläche des Elektronikgehäuses 31 durch die saugseitige Öffnung des Laufrades 10 und die Einlaufdüse 41 bis - wie in 4 dargestellt - in die Einlaufdüse 41 hinein und - wie bei den Varianten gemäß der 3, 5 und 8 - bis auf eine von dem Laufrad 10 abgewandte Oberfläche der Frontplatte 40 erstrecken. Das Elektronikgehäuse 31 ist jeweils über die Vorleitstreben 50 an der Frontplatte 40 und dadurch die Einheit aus Laufrad 10, Elektromotor 20 und Leistungselektronik 30 an der Frontplatte 40 fixiert. Gleiches gilt auch für die in 6, 7 und 9 dargestellten Varianten, wobei das Elektronikgehäuse 31 in Axialrichtung bei diesen Varianten saugseitig aus dem jeweiligen Laufrad 10 hervorsteht, sodass sich die jeweiligen Vorleitstreben 50 nicht durch die Einlaufdüse 41, sondern in dieser bzw. saugseitig axial angrenzend zu dieser erstrecken.
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In Hinblick auf die Vorleitstreben 50 ist festzustellen, dass die jeweilige Anzahl von Vorleitstreben 50 zwischen den dargestellten Varianten in Abhängigkeit der durch die Vorleitstreben 50 zu erreichenden Stabilität und einem auf die Strömung aufzuprägenden Drall variieren kann.
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So ist bei der Variante gemäß 3 aber auch dem Diagonalventilator 1 gemäß 9 vorgesehen, dass die Vorleitstreben 50 nicht angestellt, d. h. nicht verwunden oder verkippt, sind und sich entsprechend jeweils in einer einzigen, durch die Rotationsachse A verlaufenden Ebene erstreckend ausgebildet sind, sodass die Vorleitstreben 50 dem durch die Einlaufdüse 41 in das Laufrad 10 einströmenden Fluid keinen Drall bzw. Vordrall aufprägen und diesbezüglich wirkungslos sind.
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Davon abweichend sind die Vorleitstreben 50 gemäß der Varianten in den 4, 5, 6 und 8 bezüglich der Strömung verkippt bzw. angestellt, sodass dem von der Saugseite S zu der Druckseite D entlang dem Strömungspfad P strömenden Fluid ein Drall bzw. Vordrall aufgeprägt wird, welcher hinsichtlich der Umlenkung aus der Axialrichtung in die Radialrichtung R und hinsichtlich der vorbestimmten Rotationsrichtung des Laufrades 10 effizient ist. Angestellte Vorleitstreben 50 sind jedoch bei den in weiteren Figuren und insbesondere auch 9 dargestellten Varianten möglich.
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Bei der Variante gemäß 7 ist zudem neben den Vorleitstreben 50 eine Vielzahl von die Rotationsachse A umlaufenden Umfangsstreben 61 vorgesehen, welche gemeinsam mit den Vorleitstreben 50 ein Vorleitgitter 60 bilden, welches beispielsweise als Strömungsgleichrichter ausgebildet sein kann.
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Jede der in den 3, 4, 5, 6 bis 7 dargestellten Varianten sieht zudem zur zusätzlichen und unmittelbaren Kühlung des Elektromotors 30 vor, dass die Statorbuchse 21 abschnittsweise in der Zentralkammer 11 angeordnet ist, wobei die Statorbuchse 21 jeweils eine in der Zentralkammer 11 angeordnete und in der Zentralkammer 11 von dem Fluid anströmbare Oberfläche vorsieht, sodass von der Statorbuchse 21 unmittelbar Wärme auf das Fluid übertragbar ist.
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Auch die Kühlung der Statorbuchse 21 kann durch beispielsweise als Kühlrippen ausgebildete Kühlelemente 23 weiter optimiert werden, wie es in den 4, 5, 6 bis 7 dargestellt ist.
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Abweichend von den in den 1, 2, 3, 4, 5, 6 bis 7 dargestellten Varianten ist gemäß 8 einerseits vorgesehen, dass der Elektromotor 20 als Scheibenläufermotor ausgebildet ist, welcher an einer von der Saugseite S abgewandten Seite der Bodenscheibe 12 mit dem Laufrad 10 verbunden ist, sich aber in Axialrichtung zu der Saugseite S hin in einen von der Bodenscheibe 12 des Laufrades 10 begrenzten Raum hinein erstreckt. Dabei ist in einem in Axialrichtung zwischen dem Elektromotor 20 und der Zentralkammer 11 gebildeten Hohlraum die Leistungselektronik 30 mit seinem Elektronikgehäuse 31 angeordnet, wobei das Elektronikgehäuse 31 sich nicht in die Zentralkammer 11 hineinerstreckt, sondern diese an der Bodenscheibe 12 begrenzt, sodass die an die Zentralkammer 11 angrenzende Oberfläche des Elektronikgehäuses 31 von dem Fluid angeströmt und Wärme abgeführt werden kann.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.