EP3824190B1

EP3824190B1 - Ventilator und leiteinrichtung für einen ventilator

Info

Publication number: EP3824190B1
Application number: EP19734240.5A
Authority: EP
Inventors: Frieder Loercher; Lothar Ernemann
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2024-08-28
Anticipated expiration: 2039-05-28
Also published as: ES3000754T3; SI3824190T1; BR112020025518A2; CN112424480A; CN112424480B; WO2020015792A1; DE102018211808A1; US20210262488A1; US11359644B2; EP3824190A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilator, insbesondere einen Axial-, Radial- oder Diagonalventilator, mit einem Ventilatorlaufrad und einer im Gehäuse! Strömungskanal nachgeschalteten Nachleiteinrichtung, wobei die Nachleiteinrichtung Nachleitflügel umfasst.
Freilaufende Diagonal- oder Radialventilatoren, insbesondere solche mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln, sind hinlänglich aus der Praxis bekannt. Bei solchen Ventilatoren sind dem Laufradaustritt keine strömungsführenden Teile wie beispielsweise ein Spiralgehäuse, Nachleitschaufeln, Diffusoren oder ähnliches nachgeordnet. Die aus dem Laufrad austretende Strömung hat hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Die dynamischen Drücke, die mit diesen Strömungsgeschwindigkeiten einhergehen, werden bei freilaufenden Diagonal- oder Radialventilatoren nicht genutzt. Dies bedeutet Druck- und Energieverluste. Demzufolge haben solche Ventilatoren zu niedrige Druckerhöhungen, zu niedrige Luftleistungen und zu niedrige Wirkungsgrade. Außerdem verursachen diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt zu hohe Schallemissionen. Weiterhin werden häufig zur Anbindung des Motorlüfterrads an eine Düsenplatte Streben genutzt, die regelmäßig sehr dicht am Laufradaustritt vorbeigeführt sind. Dadurch stellen sie im Strömungspfad ein Hindernis dar und haben eine zusätzliche negative Auswirkung auf die Luftleistung, den Wirkungsgrad und die Akustik. Freilaufende Diagonal- oder Radialventilatoren sind allerdings häufig kompakt, das heißt, sie haben geringen, oft eher quaderförmigen Platzbedarf in einem übergeordneten System, und sind kostengünstig herzustellen.
Aus EP 2 792 885 A1 ist für sich gesehen ein Radialventilator bekannt, der zur verbesserten Luftzirkulation luftaustrittseitig ein rundes, beschaufeltes Nachleitrad aufweist. Dieses Nachleitrad dient gleichzeitig als Aufhängung, trägt aber nicht zur Wirkungsgradverbesserung bei. Das Nachleitrad umfasst eine Deckscheibe und eine Bodenscheibe, die jeweils im montierten Zustand die entsprechende Deckscheibe bzw. Bodenscheibe des Laufrads fortführen, sowie Leitschaufeln, welche teilweise zwischen der Deck- und Bodenscheibe des Nachleitrads angeordnet sind, sich allerdings in Durchströmrichtung gesehen über deren äußere Ränder erstrecken. Dadurch verursacht das Nachleitrad eine hohe Geräuschentwicklung. Bei dem bekannten Radialventilator ist weiter nachteilig, dass in Durchströmrichtung gesehen die Leiteinrichtung-Deckscheibe und die Leiteinrichtung-Bodenscheibe stark voneinander divergieren, d.h. sich der Strömungsquerschnitt in Durchströmrichtung hin deutlich aufweitet. Dies führt zu Verwirbelungen im Bereich der Leiteinrichtung, erhöht dort die Geräuschentwicklung und reduziert gleichzeitig die Luftleistung und somit den Wirkungsgrad.
Des Weiteren offenbaren die US 5 848 526 A , WO 85/02889 A1 , US 2018/106267 A1 und CN 107 588 046 A jeweils Ausgestaltungen von Ventilatoren. Insbesondere das Dokument US 2018/106267 A1 offenbart einen Axialventilator mit einem Ventilatorlaufrad und einer im Gehäuse/Strömungskanal nachgeschalteten Nachleiteinrichtung, wobei die Nachleiteinrichtung Nachleitflügel umfasst, die sich, in Spannweitenrichtung bzw. Radialrichtung gesehen, lediglich über einen Teil des Gehäuses/Strömungskanals, erstrecken, wobei stromab des Laufrades zwei Durchströmbereiche ausgebildet sind, wovon der achsnähere innere Durchströmbereich in Spannweitenrichtung gesehen vom Nabenring der Leiteinrichtung und von einem äußeren Ring der Leiteinrichtung begrenzt sind, und wobei der achsfernere äußere Durchströmbereich in Spannweitenrichtung gesehen vom äußeren Ring der Leiteinrichtung und von der Wand des Gehäuses begrenzt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Ventilator derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die im Stand der Technik auftretenden Probleme zumindest weitestgehend eliminiert sind. Unter Beibehaltung eines möglichst niedrigen Lärmpegels soll eine Erhöhung des statischen Wirkungsgrades über einen großen Bereich der Kennlinie stattfinden. Außerdem soll sich der erfindungsgemäße Ventilator von wettbewerblichen Produkten unterscheiden.
Des Weiteren soll eine entsprechende Nachleiteinrichtung angegeben werden.
Voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach hat bei dem gattungsbildenden Ventilator die Nachleiteinrichtung eine besondere konstruktive Ausprägung, erstrecken sich nämlich die Nachleitflügel, in Spannweitenrichtung gesehen, lediglich über einen Teil des Strömungsbereichs.
Abgesehen von der Erhöhung des statischen Wirkungsgrads oder Beibehaltung von niedrigen Lärmpegeln hat die kompakte Ausgestaltung der Nachleiteinrichtung, deren Nachleitflügel sich im Wesentlichen nur über einen Teil der Spannweite des zugehörigen Laufrades erstrecken einen positiven Effekt auf Werkzeug- und Teilekosten. Durch den, bezogen auf einen gegebenen Laufraddurchmesser, vergleichsweise geringeren Durchmesser der Nachleiteinrichtung ist die Werkzeuggröße von zugehörigen Spritzgießwerkzeugen niedriger als sonst üblich.
Dies gilt insbesondere bei Axialventilatoren.
Außerdem eignen sich entsprechend ausgestaltete Radialventilatoren insbesondere beim Einbau in engen Kanälen mit axialer Strömungsweiterführung.
Aufgrund einer nachfolgend sehr ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der beanspruchten Lehre unter Bezugnahme auf die Figuren wird, an dieser Stelle, auf eine allgemeine Beschreibung der Lehre verzichtet, insbesondere unter Bezugnahme auf die Patentansprüche.
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 eines erfindungsgemäßen Ventilators anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, eine Leiteinrichtung und ein Gehäuse eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilators axialer Bauart,
Fig. 2: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Gehäuse aus Fig. 1,
Fig. 3: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung und das Gehäuse aus Fig. 1 und 2,
Fig. 3a: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung und das Gehäuse aus Fig. 1 bis 3 mit eingebautem Laufrad und schematisch dargestelltem Motor,
Fig. 4: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene parallel zur Achse die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 1 bis 3,
Fig. 5: in perspektivischer Ansicht, von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 1 bis 4,
Fig. 6: in axialer Draufsicht, von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 1 bis 5,
Fig. 7: in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, eine Leiteinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ventilators radialer oder diagonaler Bauart,
Fig. 8: in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung gemäß Fig. 7 mit zugeordnetem Laufrad radialer Bauart,
Fig. 9: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung gemäß Fig. 7,
Fig. 10: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Laufrad gemäß Fig. 8,
Fig. 11: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung und das Laufrad gemäß Fig. 8 und 10,
Fig. 12: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung und das Laufrad gemäß Fig. 8 und 10 eingebaut in ein druckseitiges Gehäuse mit dem Laufrad zugeordneter Einlaufdüse,
Fig. 12a: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse, eine Leiteinrichtung und ein Laufrad einer weiteren Ausführungsform eines Ventilators, wobei die Aufhängung dargestellt ist, in welche einige Leitelemente der Leiteinrichtung integriert sind,
Fig. 13: in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, eine Leiteinrichtung und ein Gehäuse eines weiteren Ausführungsbeispiels eines axialer Bauart, das vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfasst wird,
Fig. 14: in axialer Draufsicht, von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 13,
Fig. 15: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 13 und 14,
Fig. 16: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse, eine Leiteinrichtung und ein Laufrad einer weiteren Ausführungsform eines Ventilators, bei dem die Leiteinrichtung aus Blech gefertigt ist,
Fig. 17: in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse das Gehäuse, die Leiteinrichtung und das Laufrad gemäß Fig. 16,
Fig. 18: in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse, eine Leiteinrichtung und ein Laufrad einer weiteren Ausführungsform eines Ventilators, bei dem die Leiteinrichtung aus Blech gefertigt ist und die Leitelemente einen angestellten Teil aufweisen.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine als Nachleiteinrichtung dienende Leiteinrichtung 1 und ein Gehäuse 2 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilators axialer Bauart. Die Leiteinrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Nabenring 4, einem äußeren Ring 5 und dazwischen sich erstreckenden Leitflügeln 3. Die Leiteinrichtung 1 ist, im zusammengebauten Zustand des erfindungsgemäßen Ventilators, stromab eines (nicht dargestellten) Laufrades innerhalb eines Gehäuses 2 angeordnet, so dass ein Luftkanal (äußerer Durchströmbereich) 6 zwischen der Leiteinrichtung 1 bzw. deren äußerem Ring 5 und der Wand des Gehäuses 2 entsteht, durch den ein Teil der vom Laufrad abströmenden Luft geleitet wird. Ein anderer Teil der vom Laufrad abströmenden Luft wird durch den inneren Durchströmbereich 7 geleitet, der, in Spannweitenrichtung gesehen, hin zur Achse vom Nabenring 4 begrenzt ist, und der, in Spannweitenrichtung gesehen, hin zum äußeren Durchströmbereich 6 gesehen vom äußeren Ring 5 begrenzt ist. Der innere Durchströmbereich 7 ist mit Leitflügeln/Leitelementen 3 (im Ausführungsbeispiel 13 Stück, vorteilhaft 3-19 Stück) durchsetzt, welche die achsnahe, drallbehaftete, aus dem Lauftrad austretende Strömung stabilisieren, indem sie den Drall in der Strömung reduzieren. Dadurch wird der Wirkungsgrad erhöht. Der Nabenring 4 und der äußere Ring 5 verlaufen im Wesentlichen über den kompletten Umfang um die Achse. Der Nabenring 4 umgibt einen inneren Aufnahmebereich 8, in dem beispielsweise der Antriebsmotor des Ventilators angeordnet sein kann. Der Aufnahmebereich 8 ist nicht durchströmt oder vorteilhaft von einem nur geringen Luftvolumenstrom durchströmt (0.1%-2% des Gesamtluftvolumenstroms), um die vom Motor produzierte Abwärme abtransportieren zu können.
Der äußere Durchströmbereich 6 weist insgesamt zumindest über einen großen Bereich, in Spannweitenrichtung gesehen, im Wesentlichen keine weiteren Leitelemente auf. Dadurch wird in diesem Bereich kein oder wenig zusätzlicher Lärm infolge der Interaktion der vom Laufrad austretenden Strömung und Leitelementen verursacht. Dies führt zu einem stark lärmreduzierten Betrieb, da insbesondere in diesem äußeren Bereich 6 die Strömungsgeschwindigkeiten hoch sind. Eine Strömungsstabilisierung im äußeren Durchströmbereich 6 durch Leitelemente ist für den Wirkungsgrad des Ventilators nicht entscheidend. Insgesamt erhält man einen Ventilator, der geräuscharm ist nämlich dadurch, dass Leitelemente im äußeren Durchströmbereich 6 im Wesentlichen fehlen bzw. dort nur wenige Leitelemente im Vergleich zum inneren Durchströmbereich 7 vorhanden sind. Außerdem hat der erfindungsgemäße Ventilator einen hohen Wirkungsgrad aufgrund der Strömungsstabilisierung durch die Leitelemente 3 im inneren Durchströmbereich 7.
Fig. 2 zeigt, in axialer Draufsicht und von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 gemäß Fig. 1. Es sind gut der äußere Durchströmbereich 6, der im Ausführungsbeispiel keine Leitelemente aufweist, und der innere Durchströmbereich 7 mit den Leitelementen 3 zu erkennen. Bei dieser Darstellung ist keine Verbindung zwischen Leiteinrichtung 1 und Gehäuse 2 gezeigt. Eine solche Verbindung ist in der Praxis jedoch nötig, um die Leiteinrichtung 1 am Gehäuse 2 zu befestigen. Sie kann realisiert sein durch Flach- oder Stangenmaterial aus Metall, oder auch durch strömungsgünstig gestaltete Elemente, welche die Leiteinrichtung 1 mit dem Gehäuse 2 verbinden. Eine solche notwendige Aufhängung, die auch durch den äußeren Durchströmbereich 6 verlaufen muss, ist nicht als eigentliches Leitelement zu bewerten und ändert die Aussage, dass der äußere Durchströmbereich 6 im Wesentlichen keine weiteren Leitelemente aufweist, nicht.
Im Ausführungsbeispiel weisen, zum Ausströmende hin, sowohl die Wand des Gehäuses 2 als auch der Nabenring 4 eine konische Gestaltung auf. Im Gehäuse 2 ist somit ein äußerer Diffusor 10 integriert. Somit sind sowohl der innere Durchströmbereich 7 als auch der äußere Durchströmbereich 6 jeweils zu ihrem Ausströmende hin mit sich erweiterndem Strömungsquerschnitt als Diffusoren ausgebildet. Dies ist, insbesondere bei Axialventilatoren, sehr vorteilhaft für den statischen Wirkungsgrad. Der äußere Ring 5 der Leiteinrichtung 1 ist im Ausführungsbeispiel zylindermantelförmig, in Axialrichtung fluchtend, gestaltet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Leiteinrichtung als Gussteil gefertigt wird, da dann die Entformung der Leitelemente 3, die an ihrem äußeren Ende 12 mit dem äußeren Ring 5 verbunden sind, stark vereinfacht ist. Es ist auch denkbar, einen Nabenring 4, mit welchem die Leitelemente 3 an ihrem inneren Ende 11 verbunden sind, aus demselben Grund zylindermantelförmig zu gestalten.
An einem Gehäuse 2 und/oder einer Leiteinrichtung 1 können sowohl zuström- als auch abströmseitig vorteilhaft Befestigungsvorkehrungen, beispielsweise Befestigungsflansche, integriert oder angebracht sein, die dazu dienen können, den Ventilator an einem übergeordneten System, beispielsweise einer lufttechnischen Anlage, zu befestigen.
Fig. 3 zeigt, in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 aus Fig. 1 und 2. Im Schnitt sind der äußere Durchströmbereich 6 ohne Leitelemente, der innere Durchströmbereich 7 mit den Leitelementen 3 sowie der Aufnahmebereich 8 innerhalb des Nabenrings 4 erkennbar. Das (nicht dargestellte) Laufrad wird in zusammengebautem Zustand im Bereich 29 stromauf der Leiteinrichtung 1 angeordnet. Im Betrieb des Ventilators strömt die Luft in dieser Ansicht gesehen etwa von links nach rechts, zunächst durch die am Gehäuse 2 integrierte Einlaufdüse 9, dann durch das (nicht dargestellte) Laufrad, ehe sie sich aufteilt auf den äußeren Durchströmbereich 6 und den inneren Durchströmbereich 7, in denen die Strömung stabilisiert wird (vor allem im inneren Durchströmbereich 7) und in denen kinetische Energie der Strömung in Druckenergie umgewandelt wird. Es ist im Bereich des Aufnahmebereichs 8 innerhalb des Nabenringes 4 eine Vorkehrung bzw. Mimik 18 zur Befestigung eines Motors vorhanden.
Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Tragkonzepte für den Motor mit dem Laufrad. Zum einen kann die Leiteinrichtung 1 tragend ausgeführt sein. Das heißt, sie wird im Bereich ihres äußeren Ringes 5 mit dem Gehäuse stabil verbunden (mit Streben, Flachmaterial oder aerodynamisch optimierten Blech- oder Kunststoffelementen) und der Motor mitsamt dem Laufrad an einer Motorbefestigungsvorkehrung 18 im inneren Bereich 8 der Leiteinrichtung 1 gehalten. Zum anderen kann die Leiteinrichtung 1 nicht tragend ausgeführt sein, das heißt, der Motor wird über eine Tragvorkehrung (insbesondere aus Stangen- oder Flachmaterial bestehend) an einem Gehäuse 2 befestigt, und eine nicht tragende Leiteinrichtung 1 wird dann am Motor oder der zugehörigen Tragvorkehrung mit befestigt, oder mittels einer separaten Tragvorrichtung am Gehäuse 2 befestigt. In allen Fällen müssen Teile der Tragvorkehrung den äußeren Durchströmbereich 6 durchqueren, was dann nichts an der Aussage ändern soll, dass der äußere Durchströmbereich 6 über einen großen Teil seiner spannweitigen Erstreckung im Wesentlichen frei von Leitelementen ist.
Die Leitelemente 3 im Ausführungsbeispiel weisen eine besondere und vorteilhafte Gestaltung auf. Sie bestehen, im Bereich der Zuströmung, aus einem an die Zuströmrichtung angepassten, angestellten Teil 16, und, im Bereich der Abströmung, einem axial fluchtenden Teil 15 sowie einem zwischen den Teilen 15 und 16 befindlichen Übergangsbereich 17. Hier ist der Übergangsbereich 17 einfach als Knick ausgeführt. Eine möglichst stoßfreie Zuströmung im Bereich der Vorderkante 13 eines Leitflügels 3 ist vorteilhaft für das Erreichen eines hohen Wirkungsgrades und einer niedrigen Schallentstehung. Hierfür dient der angestellte Teil 16 des Leitflügels 3, der etwa parallel zur Richtung der vom Laufrad kommenden, drallbehafteten Zuströmung ausgerichtet ist (siehe auch Fig. 4). Im Zusammenspiel mit dem konisch gestalteten Nabenring 4 wäre allerdings die Entformung eines angestellten, also nicht in Axialrichtung fluchtenden Leitflügels, wegen Hinterschneidungen stark erschwert. Deswegen ist der Teil 15 der Leitflügel 3, der sich in Bereichen des konisch gestalteten Nabenrings befindet, als axial fluchtender Teil ausgestaltet. Dies ist auch in Fig. 2 gut zu erkennen in Bereichen, in denen das innere Ende 11 eines Leitelementes 3 an den konischen Teil des Nabenringes 4 grenzt. Somit sind Nabenring 4 und Leitelemente 3 zusammen mit dem äußeren Ring 5 hinterschneidungsfrei parallel zur Achsrichtung entformbar, wenn es sich bei der Leiteinrichtung 1 um ein Gussteil, vorzugsweise in Kunststoffspritzguss gefertigt, handelt. Zur hinterschneidungsfreien Entformung einer eintstückig ausgeführten Leiteinrichtung 1 aus einem Gießwerkzeug ist es vorteilhaft, wenn wie im dargestellten Ausführungsbeispiel der Nabenring 4 im Bereich des angestellten Teils 16 des Leitflügels 3 nicht konisch, sondern zylindermantelförmig verläuft. Der Nabenring 4 verläuft also im Ausführungsbeispiel in einem ersten Bereich eher zylindermantelförmig, und in einem zweiten Bereich eher konisch.
Fig. 3a zeigt in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 aus Fig. 1 bis 3 mit eingebautem Laufrad 19 axialer Bauart sowie dem schematisch dargestelltem Motor 34, der insbesondere aus einem Rotor 35 und einem Stator 36 besteht. Das Laufrad besteht aus einem Nabenring 38, an dem vorteilhaft 3-13 Laufradflügel 22 befestigt sind. Das Laufrad 19 läuft innerhalb des Gehäuses 2 sodass zwischen den Laufradflügeln 22 und dem Gehäuse 2 nur ein geringer Spalt besteht. Das Laufrad 19 ist an seinem Nabenring 38 am Rotor 35 des Motors 34 befestigt, der das Laufrad 19 antreibt. Die Leiteinrichtung 1 ist am Stator 36 des Motors 34 befestigt. Bei tragenden Ausführungsformen wird die Leiteinrichtung 1 an ihrem äußeren Ring 5 mittels (nicht dargestellter) Aufhängungselemente mit dem Gehäuse 2 fest verbunden, bei nicht tragenden Ausführungsformen wird der Motor 34 an seinem Stator 36 mittels (nicht dargestellter) Aufhängungselemente mit dem Gehäuse 2 fest verbunden.
Die äußere Kontur der Laufradnabe 38 hat vorteilhaft den gleichen oder einen ähnlichen Außendurchmesser wie die äußere Kontur des Nabenrings 4 der Leiteinrichtung 1, zumindest an den gegenseitig zugewandten Enden. Dadurch ist eine im Wesentlichen stetige strömungsbegrenzende Kontur hin zum inneren, achsnahen Bereich gegeben, was sehr vorteilhaft für einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Lärmentstehung ist. Des Weiteren ist im Ausführungsbeispiel zuströmseitig am Nabenring 38 des Laufrads 19 eine Nabenhaube 37 angebracht, die beispielsweise etwa die Außenkontur eines halben Ellipsoids aufweisen kann, und die mit dem Nabenring 38 eine kontinuierliche, innere strömungsbegrenzende Kontur bildet.
Im Ausführungsbeispiel ist der Motor 34 ein Außenläufermotor, der innerhalb der Nabenringe 38 und 4 (bzw. auch im Aufnahmebereich 8 innerhalb des Nabenringes 4) angebracht ist, was eine platzsparende Lösung bedeutet und eine kompakte Bauweise des Ventilators ermöglicht.
Vorteilhaft wird durch geeignete Maßnahmen (Öffnungen, Bohrungen, Schlitze oder Ähnlichem) ein geringfügiger Luftvolumenstrom innerhalb der Nabenringe 38 und 4 (bzw. auch im Aufnahmebereich 8 innerhalb des Nabenringes 4) generiert, um die Abwärme des Motors 34 besser abführen zu können.
Fig. 4 zeigt, in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene parallel zur Achse, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 gemäß Fig. 1 bis 3. Die Schnittebene verläuft nicht durch die Achse, sondern hat zu dieser einen Abstand, der im Bereich des mittleren Radiusses eines Leitflügels 3 liegt. Dadurch erscheinen einige Leitflügel 3 geschnitten, und deren bereits zu Fig. 3 beschriebener Aufbau ist noch deutlicher erkennbar. Die Leitflügel 3 haben zuströmseitig eine Zuströmkante 13 und entsprechend abströmseitig eine Abströmkante 14. Der angestellte Teil 16 eines Leitflügels 3 ist, insbesondere im Bereich der Zuströmkante 13, in etwa parallel zur Strömungsrichtung der vom Laufrad ankommenden, drallbehafteten Strömung ausgerichtet. Hin zur Abströmkante 14 ist ein axial fluchtender Teil 15 des Leitflügels ausgebildet. Diese Gestaltung erleichtert maßgeblich die Entformung einer Leiteinrichtung 1 mit konisch gestaltetem Nabenring 4 und/oder konisch gestaltetem äußeren Ring 5 aus einem Gießwerkzeug. Der Übergang 17 zwischen den Teilen 15 und 16 eines Leitflügels 3 ist im Ausführungsbeispiel als Knick ausgeführt, kann aber beispielsweise auch als tangentenstetig oder krümmungsstetig verrundeter Bereich gestaltet sein. Der Winkel, den der angestellte Teil 16 eines Leitflügels 3 etwa an der Zuströmkante 13 zu einer Parallelen der Achse aufweist, liegt vorteilhaft in einem Bereich zwischen 20° und 50°. Der angestellte Teil 16 eines Leitflügels 3 weist, wie im Ausführungsbeispiel, im Querschnitt vorteilhaft das Profil eines Tragflügels auf.
Fig. 5 zeigt, in perspektivischer Ansicht von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 gemäß Fig. 1 bis 4. Im Betrieb strömt die Luft durch die Einlaufdüse 9 in das Gehäuse 2 ein. Von ihrer Zuströmkante aus verjüngt sich im Bereich der Düse 9 der durch die Wand des Gehäuses 2 bzw. der Düse 9 begrenzte Strömungskanal bei Luftdurchströmung bis zu einem engsten Querschnitt, wodurch die Luft beschleunigt wird. Etwa auf Höhe eines engsten Querschnitts des Gehäuses 2 wird ein Laufrad angeordnet. Das Ausführungsbeispiel ist insbesondere für ein Laufrad axialer Bauart geeignet. Innerhalb des Nabenrings 4 ist in Fig. 5 ein Befestigungsflansch 18 mit Bohrungen für die Befestigung eines Motors gut erkennbar.
Vorteilhaft wird die Leiteinrichtung 1 einteilig im Kunststoff-Spritzgießverfahren gefertigt. Im Vergleich zu bekannten Nachleiträdern, die sich bis zur äußeren Kontur des Gehäuses 2 erstrecken, ist ein maßgeblich kleineres Spritzgießwerkzeug nötig, wodurch infolge des geringeren Außendurchmessers der Leiteinrichtung 1 Werkzeugkosten und Produktionskosten eingespart werden. Das Gehäuse 2 selbst inklusive integrierter Einlaufdüse 9 und integriertem äußeren Diffusor 10 kann vorteilhaft kostengünstig in Blech gefertigt werden. Hierbei ist eine Fertigung aus einem oder auch mehreren Blechteilen denkbar, die dann verschraubt, verschweißt, vernietet oder sonst wie verbunden werden.
In Fig. 6 ist, in axialer Draufsicht, von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung und das Gehäuse gemäß Fig. 1 bis 5 dargestellt. Es sind gut der äußere Durchströmbereich 6 und der innere Durchströmbereich 7 zu erkennen, die durch den äußeren Ring 5 der Leiteinrichtung 1 voneinander getrennt sind. Der äußere Ring 5 ist axial fluchtend ausgeführt. Im Aufnahmebereich 8 ist der Befestigungsflansch 18 für die Befestigung eines Motors angeordnet. In dieser Darstellung ist bei dieser Ausführungsform von den Leitflügeln 3 nur der angestellte Teil 16 bis zum Übergangsbereich 17 zu erkennen.
Die Leitflügel 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform gesichelt gestaltet, also in dieser Ansicht sind die Zuströmkanten 13 der Leitflügel 7 gekrümmt ausgeführt. Die am äußeren Ring 5 liegenden Enden der Zuströmkanten 13 sind in Umfangsrichtung gesehen entgegen der Drehrichtung des Laufrads gegenüber den am Nabenring 4 liegenden Enden der Zuströmkanten 13 versetzt. In diesem Fall ist die Drehrichtung des nicht dargestellten Laufrads bezüglich der gegebenen Ansichtsausrichtung der Uhrzeigersinn.
Fig. 7 zeigt, in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, eine Leiteinrichtung 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ventilators radialer oder diagonaler Bauart. Die Leiteinrichtung 1 weist 4 Leitelemente 3 auf, welche sich radial in einem gekrümmten Verlauf von einem Nabenring 4 zu einem äußeren Ring 5 erstrecken. Innerhalb des Nabenrings 4 ist ein Befestigungsflansch 18 für die Befestigung eines Motors angebracht. Im Ausführungsbeispiel sind die Leitelemente 3 in Axialrichtung fluchtend gestaltet und können vorteilhaft aus Blech gefertigt sein. Der äußere Ring 5 im Ausführungsbeispiel weist die Geometrie eines Rotationskörpers um die Achse auf.
Fig. 8 zeigt, in perspektivischer Ansicht, von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung 1 gemäß Fig. 7 mit zugeordnetem Laufrad 19 radialer Bauart. Das Radiallaufrad 19 im Ausführungsbeispiel besteht im Wesentlichen aus einer Deckscheibe 20, einer Bodenscheibe 21 und dazwischen sich erstreckenden Flügeln 22. Der Motor ist nicht dargestellt. Er kann statorseits am Befestigungsflansch 18 innerhalb des Nabenrings 4 der Leiteinrichtung befestigt werden und rotorseits an der entsprechenden Befestigungsvorkehrung 30 am Laufrad 19. Die Leiteinrichtung 1 ist stromab nach dem Strömungsaustritt 31 aus dem Radiallaufrad 19 angeordnet, erstreckt sich aber nicht über die gesamte Spannweite am Strömungsaustritt 31 aus dem Laufrad 19, lediglich über einen näher an der Bodenscheibe 21 liegenden Bereich. Die Kontur des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 bewirkt im Ausführungsbeispiel eine Umlenkung der radial aus dem Radiallaufrad 19 austretenden Luft eher in Axialrichtung, in eine Richtung parallel zur Achse.
Fig. 9 zeigt, in axialer Draufsicht von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung gemäß Fig. 7. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die Leitelemente 3, von denen nur die Abströmkante 14 zu erkennen ist, in Axialrichtung fluchtend ausgerichtet sind. Im Aufnahmebereich 8 innerhalb des Nabenrings 4 ist eine Befestigungsvorkehrung 18 angebracht. Die Leitelemente 3 sind in der Ansichtsebene gekrümmt ausgeführt, wobei die Krümmung, startend von innen am Nabenring 4 nach außen hin zum äußeren Ring 5 entgegen der Drehrichtung eines Laufrades verläuft. Die Drehrichtung eines Laufrads ist beim in dieser Darstellung gezeigten Ausführungsbeispiel der Uhrzeigersinn. Der Neigungswinkel der Leitelemente 3 zur entsprechenden Radialrichtung hat am äußeren Ring 5 vorteilhaft den maximalen Wert, der betragsmäßig größer als 20°, vorteilhaft größer als 35° ist.
Fig. 10 zeigt, in axialer Draufsicht von der Abströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung 1 und das Laufrad 19 gemäß Fig. 8. Zur Gestaltung der Leiteinrichtung 1 kann auf Fig. 9 verwiesen werden. Der äußere Rand 24 der Bodenscheibe 21 des Laufrades 19 weist einen geringeren Außendurchmesser auf als der zuströmseitige Rand 23 des äußeren Rings 5 der Leiteinrichtung 1. Dies ermöglicht es, die Leiteinrichtung 1 über die Bodenscheibe 21 des Laufrades zu schieben, um den Zusammenbau des Ventilators besser zu ermöglichen. Man erkennt in der Darstellung zwischen dem äußeren Rand 24 der Bodenscheibe 21 des Laufrads 19 und dem zuströmseitigen Rand 23 des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 Teile der Flügel 22, welche an ihrer Abströmkante bzw. deren Verlauf hin zur Deckscheibe 20 gesehen radial weiter außen liegen können als der äußere Rand 24 der Bodenscheibe 21. Die Drehrichtung des Laufrads 19 ist der Uhrzeigersinn.
Fig. 11 zeigt, in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse, die Leiteinrichtung 1 und das Laufrad 19 gemäß Fig. 8 und 10. Im Schnitt ist die Kontur des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1, der mit den radial äußeren Enden 12 der Leitelemente 3 verbunden ist, gut zu erkennen. Diese ist hin zu ihrem zuströmseitigen Ende 23 stark gekrümmt, sodass sie am zuströmseitigen Ende 23 des äußeren Ringes 5 gegenüber der Strömung, die eher in Radialrichtung aus dem Laufrad 19 strömt, keinen oder nur einen geringen Anstellwinkel aufweist. In ihrem Verlauf lenkt sie diese Strömung eher in Achsrichtung um. Am abströmseitigen Rand 28 verläuft sie somit etwa parallel zur Achse. Der äußere Ring 5 allein (ohne Leitelemente 3) gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann hinterschneidungsfrei aus einem Gießwerkzeug entformt werden. Die Leitelemente 3, die im Ausführungsbeispiel vorteilhaft aus Blech gefertigt sind, können dann am äußeren Ring 5 der Leineinrichtung 1 befestigt werden, beispielsweise durch Schrauben oder Einklipsen. Die Leiteinrichtung 1 mit dem äußeren Ring 5 erstreckt sich, in Spannweitenrichtung des Laufrads 19 gesehen, nur über einen Teil des Strömungsaustritts 31 aus dem Laufrad 19. Bezüglich der Austrittsbreite des Laufrades 19 (= Breite in Achsrichtung gemessen des Austritts 31 aus dem Laufrad 19, im Axialschnitt gesehen von der Deckscheibe 20 zur Bodenscheibe 21) liegt der zuströmseitige Rand 23 des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 etwa bei einer axialen Position im Bereich 50%-70% der Breite von der Deckscheibe 20 aus gemessen. Die Leitelemente 3 weisen im Ausführungsbeispiel eher geringe axiale
Erstreckung auf, die axiale Erstreckung der Leitelemente 3 beträgt etwa 20%-60% der axialen Breite des Austritts 31 des Laufrads 19, wodurch eine axial kompakte Bauweise erreicht wird.
Fig. 12 zeigt, in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse, die Leiteinrichtung 1 und das Laufrad 19 gemäß Fig. 8 und 10 bis 11, mit einer Einlaufdüse 9 eingebaut in ein Gehäuse 2, das als druckseitiger Luftkanal ausgeführt ist. In diesem Gehäuse 2 wird die Luft nach dem Laufrad 19 in eine Richtung etwa parallel zur Achse weitergeführt. Die dargestellte Leiteinrichtung 1 kann besonders vorteilhaft in dieser Konfiguration verwendet werden. Die am Austritt 31 aus dem Laufrad 19 austretende Luft wird auf zwei Durchströmbereiche aufgeteilt, zum einen auf den äußeren Durchströmbereich 6 und zum anderen auf den inneren Durchströmbereich 7. Der äußere Ring 5 der Leiteinrichtung 1 stellt die Trennung zwischen den beiden Durchströmbereichen 6 und 7 dar. Der äußere Durchströmbereich 6 weist über einen großen Teil seiner Spannweite im Wesentlichen keine weiteren Leitelemente auf. Der innere Durchströmbereich 5 weist dagegen die Leitelemente 3 auf, im Ausführungsbeispiel 4 Stück, welche im achsnäheren Durchströmbereich 7 die drallbehaftete, aus dem Laufrad 19 austretende Luftströmung stabilisieren, in dem sie den Drall reduzieren. Ein besonders deutlicher Wirkungsgradzugewinn kann erreicht werden, wenn die Seitenwände des Gehäuses 2 relativ nahe am Austritt 31 aus dem Laufrad 19 liegen, insbesondere wenn die Kanalweite (= die Breite des Gehäuses 2, im Schnitt und in Radialrichtung gesehen, auf Höhe des Austritts 31) zumindest bereichsweise weniger als das 1,6-fache des größten Durchmessers des Laufrades 19 beträgt, was oft aufgrund der kompakten Bauweise von derartigen Gehäusen 2 der Fall ist.
Die Leiteinrichtung 1 muss durch eine nicht dargestellte Aufhängung am Gehäuse 2 befestigt werden. Dies kann vorteilhaft durch Verlängerung von einer, mehreren oder aller Leitelemente 3 bis zur Wandung Gehäuses 2 realisiert werden.
Fig. 12a zeigt, in axialer Draufsicht von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse 2, eine Leiteinrichtung 1 und ein Laufrad 19 einer anderen Ausführungsform eines Ventilators. Der äußere Rand 24 der Bodenscheibe 21 des Laufrades 19 liegt innerhalb des zuströmseitigen Randes 23 des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1. Dadurch kann die Leiteinrichtung 1 über die Bodenscheibe 21 geschoben werden. Im Unterschied zu Ausführungsformen gem. Fig. 7-12 sind die Leitelemente 3 nicht gekrümmt. Dies vereinfacht maßgeblich die Fertigung der Leitelemente 3 aus Blech. Um dennoch gute Strömungseigenschaften, einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Lärmpegel zu erreichen, sind die Leitelemente 3 gegenüber der Radialrichtung verdreht bzw. angestellt. Im radialen Bereich des zuströmseitigen Endes 23 des äußeren Ringes 5 beträgt der Verdrehwinkel zur lokalen Radialen etwa 30°, vorteilhaft 15°-45°. Am inneren Ende 11 treffen die Leitelemente 3 im Ausführungsbeispiel in einem spitzen Winkel auf den Nabenring 4. Der Nabenring 4 und die Leitelemente 3 sind vorteilhaft aus Blech hergestellt und miteinander verschweißt und verschraubt. Der äußere Ring 5 ist aufgrund seiner Kontur als Rotationskörper (ähnlich dem äußeren Ring gem. Fig. 7-12) vorteilhaft als Gussteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, gefertigt. Die Verbindung der Leitelemente 3 an ihrem äußeren Ende 12 mit dem äußeren Ring 5 geschieht vorteilhaft über Einklipsen, Schrauben, Nieten oder ähnliches. Entsprechende Vorkehrungen können am Spritzgussteil vorhanden sein.
Die Aufhängung der Leiteinrichtung 1 und somit auch des Motors und des Laufrads 19 am Gehäuse 2 erfolgt mittels der Aufhängung 32, in die die Funktion von einigen Leitelementen integriert ist. Die Geometrie der Aufhängung 32 radial innerhalb des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 entspricht etwa der Geometrie der übrigen Leitelemente 3. Die Aufhängung 32 ist vorteilhaft aus Blech gefertigt und wird mit der Befestigung 33 am Gehäuse 2 befestigt, vorteilhaft durch Schrauben oder Nieten. Diese Funktionsintegration führt zu einer besonders kostengünstigen Herstellung. Die Aufhängung 32 mit der integrierten Leitelementfunktion durchquert auch den äußeren Durchströmbereich 6. Da im inneren Durchströmbereich 7 zusätzliche Leitelemente 3 vorhanden sind, gilt auch bei der Ausführungsform, dass der äußere Durchströmbereich 6 im Wesentlichen keine Leitelemente hat, zumindest im Vergleich zum inneren Durchströmbereich 7. Vorteilhaft verlaufen in einem äußeren Durchströmbereich 6 höchstens die halbe Zahl an aufhängungsspezifischen Elementen. Dies ist wenig im Vergleich zum inneren Durchströmbereich 7, da der äußere Durchströmbereich 6 zusätzlich noch eine wesentlich größere Querschnittsfläche aufweist als der innere Durchströmbereich 7 und dadurch der Abstand benachbarter Aufhängungen 32, in Umfangsrichtung gesehen, groß ist im Vergleich zum Abstand benachbarter Leitelemente 3 im inneren Durchströmbereich 7, wenn man die integrierten Aufhängungen / Leitelemente 32 mit berücksichtigt.
Fig. 13 zeigt, in perspektivischer Ansicht von der Abströmseite aus gesehen, eine Leiteinrichtung 1 und ein Gehäuse 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ventilators axialer Bauart. Schematisch sind Aufhängungsstreben 25 dargestellt, welche bei dieser tragend gestalteten Ausführungsform der Leiteinrichtung 1 die Verbindung zwischen Leiteinrichtung 1 und Gehäuse 2 übernehmen. Die Aufhängungsstreben 25 können aus Blech, Stangenmaterial oder aus Guss hergestellt sein, dann vorteilhaft mit einer strömungstechnisch optimierten Form versehen. Bei Aufhängungsstreben 25 aus Flachmaterial ist es auch denkbar, dass diese nicht axial fluchten, sondern in einem strömungstechnisch günstigen Winkel zur Achsrichtung angebracht sind. Trotz der Präsenz der Aufhängungsstreben 25 ist der äußere Durchströmbereich 6, zumindest im Vergleich zum inneren Durchströmbereich 7, im Wesentlichen als frei von Leitelementen zu betrachten. Die Aufhängungsstreben 25 können mit Gehäuse 2 und/oder äußerem Ring 5 der Leiteinrichtung 1 verschraubt, vernietet, verschweißt oder dergleichen sein. Auch eine einstückige, monolithische, integrale Fertigung der Gesamtheit von Gehäuse 2 und Leiteinrichtung 1 mit Aufhängungsstreben 25 als Gussteil ist denkbar.
Ähnlich dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1-6 weisen die Leitflügel 3 einen zuströmseitigen angestellten Teil 16, einen abströmseitigen axial fluchtenden Teil 15 sowie einen Übergangsbereich 17 auf um die Realisierung von strömungsoptimierten Zuströmwinkeln mit einer einfachen Entformbarkeit der Leiteinrichtung 1 zu vereinen, insbesondere wenn Nabenring 4 und/oder äußerer Ring 5 der Leiteinrichtung 1 zumindest bereichsweise einen konischen Verlauf aufweisen. Der Übergangsbereich 17 ist hier als verrundeter Bereich ausgebildet, der den angestellten Teil 16 und den axial fluchtenden Teil 15 tangentenstetig verbindet.
Fig. 14 zeigt, in axialer Draufsicht von der Zuströmseite aus gesehen, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 gemäß Fig. 13. Die Leiteinrichtung 1 weist 11 Leitelemente 3 auf. Die 4 Aufhängungsstreben 25 sind leicht ungleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet, da sie in ihrer umfänglichen Lage immer etwa zwischen benachbarten Leitelementen 3 angeordnet sind. Im Unterschied zu den in Fig. 1-12 und 12a gezeigten Ausführungsformen ist der äußere Ring 5 der Leiteinrichtung 1 nicht als Rotationskörper ausgeführt. Er verläuft aber dennoch über den gesamten Umfang und verbindet die Leitelemente 3 an deren äußerem Ende 12 miteinander. Der äußere Ring 5 ist nicht axial fluchtend ausgeführt, sondern im Wesentlichen konisch mit speziell gestalteten Entformbereichen 26 nahe den Leitflügeln 3, welche die Funktion haben, die Entformung der Leiteinrichtung 3 aus einem Gusswerkzeug zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Und zwar ist in den Entformbereichen 26, in denen es für eine hinterscheidungsfreie Entformung in Axialrichtung nötig ist, der äußere Ring 5 lokal axial fluchtend ausgeführt.
Zwischen den axial fluchtenden Bereichen 26 und den konischen Bereichen 27 des äußeren Ringes 5 sind zum einen in einem Bereich zwischen benachbarten Leitflügeln 3, tangentenstetige Übergangsbereiche ausgebildet, und zum anderen, im Bereich der Leitflügel 3, stufenartige Übergangsbereiche, wobei die Gestalt der Stufen dort etwa der Fortführung der Kontur der Leitflügel 3 entspricht. Anders ausgedrückt verbindet ein Bereich der Leitflügel 3 nahe deren äußerem Ende 12 einen axial fluchtenden Teil 26 des äußeren Ringes 5 mit einem konisch verlaufenden Teil 27 des äußeren Ringes 5. Durch die spezielle, bei Fig. 13 bereits beschrieben Gestaltung der Leitelemente mit angestelltem Teil 16 und axial fluchtenden Teil 15 wird hier insbesondere erreicht, dass die umfängliche Erstreckung eines Leitflügels 3, insbesondere nahe des äußeren Endes 12, sehr niedrig ist. Dadurch wird der umfängliche Bereich, in dem der äußere Ring 5 in Form eines Entformbereiches 26 zylindermantelförmig gestaltet werden muss, um eine hinterschneidungsfreie Entformbarkeit zu erreichen, minimiert, was vorteilhaft insbesondere für den Wirkungsgrad ist.
In Fig. 14 ist gut der äußere, leitelementarme Durchströmbereich 6 zu erkennen sowie der innere, leitelementreiche Durchströmbereich 7. Der Bereich innerhalb des Nabenrings 4 ist hier nicht detailliert dargestellt, kann allerdings ähnlich den Ausführungsformen gemäß Fig. 1-12, 12a gestaltet werden.
Fig. 15 zeigt, in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse, die Leiteinrichtung 1 und das Gehäuse 2 gemäß Fig. 13 und 14. Man erkennt gut die zumindest bereichsweise konische Gestaltung des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1. Und zwar ist dieser äußere Ring 5 in der gezeigten Ausführungsform derart gestaltet, dass der Radius (Abstand von der Achse) der Kontur in Durchströmrichtung gesehen eher abnimmt. Demgegenüber ist hier der Nabenring 4 axial fluchtend mit Zylindermantelform gestaltet. Der Querschnitt des inneren Durchströmbereich 7, zur Achse hin begrenzt vom Nabenring 4 und hin zum äußeren Durchströmbereich 6 begrenzt vom äußeren Ring 5, verjüngt sich also in Durchströmrichtung von links nach rechts (in der gezeigten Darstellung). Der innere Durchströmbereich 7 ist somit als Konfusor ausgebildet. Diese Gestaltung führt zu einer zusätzlichen Stabilisierung der achsnahen, drallbehafteten, aus dem (nicht dargestellten) Laufrad ausströmenden Strömung, wodurch eine weitere Wirkungsgraderhöhung erreicht wird. Des Weiteren wird ein besonders vorteilhaftes Weitwurfverhalten der aus den Durchströmbereichen 6 und 7 ausströmseitig ins freie austretenden Luft erreicht, das heißt, der Luftstrahl bleibt über eine lange Strecke kompakt und weist über eine lange Strecke hohe Luftgeschwindigkeiten im Bereich der gedachten Weiterführung der Achse auf, was für einige Anwendungen eines Ventilators vorteilhaft ist.
Die ausgeführte Art der konischen Gestaltung des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 beeinflusst ebenfalls den Querschnittsverlauf des äußeren Durchströmbereichs 6. Dieser Durchströmbereich 6 erhält dadurch in eher verstärktem Maße den Charakter eines Diffusors. Um eine optimale Querschnittserweiterung des Durchströmbereichs 6 zu erhalten, muss somit der konische Öffnungswinkel der im Gehäuse 2 integrierten äußeren Diffusorwand 10 eher weniger groß gewählt werden im Vergleich zum Fall einer zylindermantelartigen Gestaltung des äußeren Ringes 5. Dadurch wird der äußere Durchmesser am abströmseitigen Austritt aus dem Gehäuse 10 niedriger, was eine kompaktere Bauweise ermöglicht. Falls nötig kann mit einer solchen konischen Gestaltung des inneren Rings 5 sogar auf die Ausbildung des Diffusors 10 am Gehäuse 2 verzichtet werden, das heißt, das Gehäuse 2 zu seinem ausströmseitigen Ende hin mit einer axial fluchtenden Zylindermantelkontur gestaltet werden, was die Fertigung des Gehäuses 2 vereinfacht.
Im Schnitt ist der Aufbau der Leitflügel 3 aus angestelltem Teil 16, axial fluchtendem Teil 15 und tangenstenstetig gestaltetem Übergangsbereich 17 gut zu erkennen. Da die, im Ausführungsbeispiel axial fluchtenden, Aufhängungsstreben 25 ungleichmäßig über den Umfang verteilt sind, wird nur die obere der Streben 25 geschnitten; die übrigen sind nicht zu erkennen. In Fig. 15 ist der Aufnahmebereich 8 innerhalb des Nabenrings 4 mit einer Befestigungsvorkehrung 18 für einen Motor des Ventilators dargestellt.
In Fig. 16 ist, in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse 2, eine Leiteinrichtung 1 und ein Laufrad 19 einer weiteren Ausführungsform eines Ventilators dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Leiteinrichtung 1 im Wesentlichen aus Blech gefertigt und deshalb in vorteilhafter Weise im Wesentlichen aus ebenen Teilbereichen aufgebaut. Insbesondere sind keine flächigen Bereiche vorhanden, welche eine signifikante Krümmung aufweisen. Das dargestellte Laufrad 19, vom dem Bodenscheibe 21, Deckscheibe 20 und die Flügel 19 teilweise erkennbar sind, ist ein Radiallaufrad. Das Gehäuse 2 ist ein Strömungskanal mit viereckigem Querschnitt, in dem die Luft nach Austritt aus dem Laufrad 19 bzw. der Leiteinrichtung 1 in Axialrichtung, in der Ansicht her zum Betrachter, weitergeleitet wird. Die Außenkontur des Leitelements 1 bzw. dessen äußeren Ringes 5 hat in dieser Blickrichtung ebenfalls viereckige Kontur. Sie ist rotationssymmetrisch mit Viererteilung, aber hier kein Rotationskörper. Dadurch kann ein Aufbau des Leitelementes 1 aus ebenen Bereichen erleichtert werden, was die Fertigung des Leitelementes 1 in Blech wesentlich erleichtert. Außerdem eignet sich eine viereckige Außenkontur des Leitelementes 1 strömungstechnisch ganz besonders, wenn das Gehäuse 2 ebenfalls viereckigen Querschnitt hat. Dadurch hat der äußere Durchströmbereich 6 weitgehend konstante Breite, definiert durch den Abstand des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1 und der Wand des Gehäuses 2, welche die innere bzw. die äußere Berandung des äußeren Durchströmbereiches 6 bilden.
Der innere Durchströmbereich 7, radial nach innen vom Nabenring 4 und radial nach außen vom äußeren Ring 5 begrenzt, ist durchsetzt von den Leitelementen 3. Diese sind, der einfachen Fertigung in Blech entsprechend, ebenfalls als ebene Teile ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel sind sie als eine axial fluchtende Teile 15 ausgeführt, also parallel zur Ventilatorachse. Auch der Nabenring 4 hat die strömungstechnisch vorteilhafte viereckige Kontur parallel zur Kontur des Gehäuses 2 bzw. zur Kontur des äußeren Ringes 5. Am Nabenring 4 ist ein Befestigungsbereich 18 für die Statorseite eines (nicht dargestellten) Motors vorgesehen. An der Bodenscheibe 21 des Laufrades 19 ist eine Befestigungsvorkehrung 30 für die Rotorseite des Motors zu erkennen.
Auch der äußere Ring 5 ist im Wesentlichen aus ebenen Bereichen 5a, 5b, 5c aufgebaut. Dem kreisförmig gestalteten zuströmseitigen Rand 23 zugeordnet ist der ebene Bereich 5c, der senkrecht zur Ventilatorachse verläuft. Dadurch ist ein günstiger Zuströmwinkel gegenüber der etwa in Radialrichtung aus dem Laufrad 19 austretenden Strömung gegeben. Dem abströmseitigen Rand 28 zugeordnet sind die ebenen Bereiche 5a, welche im Ausführungsbereich parallel zur Ventilatorachse und somit parallel zur Luftförderrichtung im Gehäuse bzw. Strömungskanal 2 liegen. Zwischen den ebenen Bereichen 5c und 5a sind ebenfalls ebene Übergangsbereiche 5b ausgebildet, welche die verlustarme Umlenkung der radial aus dem Laufrad 19 austretenden Luft in Axialrichtung begünstigen.
Die äußere Seitenlänge der Leiteinrichtung 1 bei dieser Ausführungsform beträgt, in dieser Ansicht gesehen, etwa das 1,15-fache des äußeren Durchmessers am äußeren Rand 24 der Bodenscheibe 21 des Laufrades 19, vorteilhaft beträgt er das 1,1-1,2-fache. Ein solches Verhältnis eignet sich besonders für enge Einbauverhältnisse, d.h. wenn die Seitenlänge des Gehäuses 2, im Querschnitt gesehen, weniger als das 1,6 oder 1,5-fache des mittleren Durchmessers der Hinterkanten der Flügel 22 des Laufrades 19 bezüglich der Ventilatorachse beträgt.
In Fig. 17 ist das Gehäuse 2, die Leiteinrichtung 1 und das Laufrad 19 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 16 in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse dargestellt. Gut zu erkennen sind im Schnitt die ebenen Bereiche des äußeren Ringes 5 der Leiteinrichtung 1. Der abströmseitige, achsparallele Bereich 5a, der ebene Übergangsbereich 5b und der zuströmseitige Bereich 5c, innen berandet durch den zuströmseitigen Rand 23 des äußeren Ringes 5.
Der zuströmseitige Rand 23 des äußeren Rings 5 der Leiteinrichtung 1 liegt im Ausführungsbeispiel, in Spannweitenrichtung des Laufrades 19 gesehen, näher an der Bodenscheibe 21 als an der Deckscheibe 20, etwa bei 75% (vorteilhaft 60%-80%) der Spannweite, von der Deckscheibe aus gesehen. Dies ist ebenfalls vorteilhaft für eine enge Einbausituation des Laufrades 19 bezüglich des Gehäuses 2, also wenn die Seitenlänge des Gehäuses 2, im Querschnitt gesehen, weniger als das 1,6 oder 1,5-fache des mittleren Durchmessers der Hinterkanten der Flügel 22 des Laufrades 19 bezüglich der Ventilatorachse beträgt. Im Übrigen sei auf die Beschreibung anderer Ausführungsformen bspw. gemäß der Fig. 12 verwiesen.
Die Leiteinrichtung 1 der in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform kann einfach in Blech gefertigt werden, da sie aus ebenen Bereichen aufgebaut ist. Dazu werden ein oder mehrere Blechteile beschnitten oder ausgestanzt, gegebenenfalls umgekantet und wo nötig gefügt, beispielsweise durch Schweißen, Laschen, Toxen, Nieten oder Schrauben.
Die Leiteinrichtung 1 kann tragend oder nicht tragend ausgeführt sein. Nötige Aufhängungselemente, welche das Laufrad 19 und die Leiteinrichtung 1 am Gehäuse 2 befestigen, sind nicht dargestellt.
Fig. 18 zeigt, in axialer Draufsicht, von der Abströmseite aus gesehen, ein Gehäuse 2, eine Leiteinrichtung 1 und ein Laufrad 19 einer weiteren Ausführungsform eines Ventilators. Der Ventilator ist sehr ähnlich aufgebaut wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 und 17, allerdings sind bei den Leitelementen 3 noch angestellte Bereiche 16 ausgebildet, welche zuströmseitig an die axial fluchtenden Teile 15 anschließen. Dadurch können die Zuströmverluste der Leiteinrichtung 1 durch einen geeigneteren Zuströmwinkel der aus dem Laufrad 19 austretenden, drallbehafteten Strömung reduziert werden. Auch die angestellten Teil 16 sind als ebene Bereiche ausgeführt. Im Übrigen sei auf die Ausführungen zu Fig. 16 und 17 verwiesen.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventilators wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die 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.

Bezugszeichenliste

1: Leiteinrichtung, Nachleiteinrichtung
2: Gehäuse
3: Leitelement, Leitflügel, Nachleitflügel
4: Nabenring, innerer Ring der Leiteinrichtung
5: äußerer Ring der Leiteinrichtung, ringförmiges Strömungselement
5a,b,c: ebene Bereiche des äußeren Ringes der Leiteinrichtung
6: äußerer Durchströmbereich
7: innerer Durchströmbereich
8: Aufnahmebereich innerhalb des Nabenrings
9: Einlaufdüse
10: äußerer Diffusor
11: inneres Ende eines Leitelementes
12: äußeres Ende eines Leitelementes
13: Zuströmkante eines Leitelementes
14: Abströmkante eines Leitelementes
15: axial fluchtender Teil eines Leitelementes
16: angestellter Teil eines Leitelementes
17: Übergangsbereich eines Leitelementes
18: Befestigungsvorkehrung im Aufnahmebereich
19: Laufrad
20: Deckscheibe des Laufrads
21: Bodenscheibe des Laufrads
22: Flügel des Laufrads
23: zuströmseitiger Rand des äußeren Rings der Leiteinrichtung

24: äußerer Rand der Bodenscheibe des Laufrads
25: Aufhängungsstrebe

26: axial fluchtender Bereich des äußeren Rings, Entformbereich
27: konischer Bereich des äußeren Rings
28: abströmseitiger Rand des äußeren Rings der Leiteinrichtung
29: Bereich für ein Laufrad
30: Befestigungsvorkehrung für Motor am Laufrad
31: Strömungsaustritt aus dem Laufrad
32: Aufhängung
33: Befestigung der Aufhängung am Gehäuse
34: Motor
35: Rotor des Motors
36: Stator des Motors
37: Nabenhaube
38: Nabenring des Laufrades
24: äußerer Rand der Bodenscheibe des Laufrads
25: Aufhängungsstrebe

26: axial fluchtender Bereich des äußeren Rings, Entformbereich
27: konischer Bereich des äußeren Rings
28: abströmseitiger Rand des äußeren Rings der Leiteinrichtung
29: Bereich für ein Laufrad
30: Befestigungsvorkehrung für Motor am Laufrad
31: Strömungsaustritt aus dem Laufrad
32: Aufhängung
33: Befestigung der Aufhängung am Gehäuse
34: Motor
35: Rotor des Motors
36: Stator des Motors
37: Nabenhaube
38: Nabenring des Laufrades

Claims

Ventilator, insbesondere Axial-, Radial- oder Diagonalventilator, mit einem Ventilatorlaufrad (22) und einer im Gehäuse/Strömungskanal (6) nachgeschalteten Nachleiteinrichtung (1), wobei die Nachleiteinrichtung Nachleitflügel (3) umfasst, die sich, in Spannweitenrichtung bzw. Radialrichtung gesehen, lediglich über einen Teil des Gehäuses/Strömungskanals, erstrecken,
wobei die Nachleiteinrichtung eine als Diffusor wirkende Struktur mit in Durchströmrichtung gesehen sich allmählich erweiterndem Strömungsquerschnitt hat, und wobei stromab des Laufrades zwei Durchströmbereiche ausgebildet sind, wovon der achsnähere innere Durchströmbereich in Spannweitenrichtung gesehen vom Nabenring der Nachleiteinrichtung und von einem äußeren Ring (5) der Nachleiteinrichtung begrenzt sind, und wobei der achsfernere äußere Durchströmbereich in Spannweitenrichtung gesehen vom äußeren Ring der Leiteinrichtung und von der Wand des Gehäuses (2) begrenzt ist.
Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nachleitflügel in etwa über die Hälfte des gesamten radialen, spannweitigen Gehäuses/Strömungskanals erstrecken.
Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung einen geringeren Durchmesser als das Ventilatorlaufrad hat.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring
Wesentlichen als Rotationskörper oder rotationssymmetrisch bezüglich der Ventilatorachse ausgebildet und angeordnet ist.
Ventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring als sich von der Anströmseite zur Abströmseite hin konisch verjüngendes Element derart ausgeführt ist, dass der Bereich nahe den Nachleitflügeln zur hinterschnittfreien Entformung aus einem Gießwerkzeug in Achsrichtung gesehen geeignet ist.
Ventilator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des äußeren Rings von ihrem abströmseitigen Ende zum zuströmseitigen Ende zunehmend stärker gekrümmt ist, so dass sie gegenüber einer vorzugsweise radialen Strömung aus dem Laufrad keinen oder einen nur geringen Anstellwinkel aufweist, und diese Strömung vorzugsweise in Axialrichtung bzw. parallel zur Ventilatorachse umlenkt.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleitflügel, in radialer Erstreckung, einen gekrümmten, vorzugsweise sichelförmigen Verlauf haben, insbesondere mit einer Biegung entgegen der Drehrichtung des zugeordneten Laufrads, wobei
die Nachleitflügel zumindest in einem radial äußeren Bereich einen Neigungswinkel größer 30°, vorzugsweise größer 45°, gegen die Radiale haben.
Ventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleitflügel einen ersten zuströmseitigen Bereich und einen zweiten abströmseitigen Bereich aufweisen, wobei der zuströmseitige Bereich den profilierten Querschnitt eines Tragflügels mit einem Zuströmwinkel zur Ventilatorachse an der Vorderkante der Skelettlinie im Bereich von 20° bis 50° haben kann, und/oder wobei der abströmseitige Bereich parallel zur Ventilatorachse verlaufen kann und/oder wobei der Übergang zwischen den Bereichen tangentenstetig oder tangentenunstetig als Knick ausgebildet sein kann.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung zumindest einen Teil einer Aufhängung umfasst oder bildet, wobei
die Nachleiteinrichtung an der Außenkontur Mittel zur eigenen Aufhängung aufweisen kann.
Ventilator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zuströmseitig an der Innenkontur der Nachleiteinrichtung ein Flansch zur Motorbefestigung vorgesehen ist, wobei der Motor vorzugsweise gemeinsam mit dem zugeordneten Ventilatorlaufrad über die Nachleiteinrichtung an einem Gehäuse/Strömungskanal, aufgehängt wird.
Ventilator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem äußeren Ring und einer Wand des Gehäuses/Strömungskanals vorzugsweise aus Flachmaterial bestehende Aufhängungsstreben erstrecken, die in Achsrichtung gesehen hochkant angeordnet sind, und/oder die ähnlich der Nachleitflügel gekrümmt und/oder angestellt sein können.
Ventilator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Nachleiteinrichtung ein oder mehrere Nachleitflügel nach außen bis zu einer Wand des luftführenden Kanals bzw. einem Außengehäuse verlängert ist/sind, so dass dadurch integrale Befestigungsmittel realisiert sind.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung aus Blech gefertigt ist und im Wesentlichen aus ebenen Bereichen aufgebaut ist.
Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zuströmseitige Rand des äußeren Rings der Nachleiteinrichtung in Strömungsrichtung nach den Laufradflügeln angeordnet ist, wobei dessen Lage in Spannweitenrichtung gesehen zwischen den beiden Enden der Laufradflügel liegt, vorzugsweise etwa in der Mitte oder in einem Bereich von 20-80% der spannweitigen Erstreckung der Laufradflügel.