[0001] Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter mit einem einen Strömungskanal bildenden
Gehäuse und einem in dem Gehäuse aufgenommenen, um eine Rotationsachse rotierbaren
Lüfterrad.
[0002] Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Axiallüftern in einstufiger oder
mehrstufiger Ausführung, d.h. mit einem oder mehreren die Axialströmung erzeugenden
Lüfterrädern bekannt.
[0003] Die Erfindung richtet sich auf eine aerodynamische Wirkungsgradverbesserung und dadurch
auch Reduzierung der Leistungsaufnahme bei derartigen Axiallüftern. Zudem soll die
strömungsbedingte Geräuschbildung verringert werden.
[0004] Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
[0005] Erfindungsgemäß wird ein Axiallüfter mit einem einen Strömungskanal bildenden Gehäuse
und einem in dem Gehäuse aufgenommenen, um eine Rotationsachse rotierbaren Lüfterrad
vorgeschlagen, bei dem das Lüfterrad eine Nabe aufweist, von der aus sich Lüfterradschaufeln
radial auswärts erstrecken. Das Lüfterrad bildet abtrömseitig an der Nabe einen Nabendiffusor
aus, der sich axial an einen Bereich der Nabe anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln
des Lüfterrads ausgebildet sind, so dass der Nabendiffusor schaufellos, d.h. frei
von Lüfterradschaufeln ist. Mithilfe des Nabendiffusors kann die Durchflussgeschwindigkeit
am abströmseitigen Ende und hinter dem Lüfterrad verzögert werden. Dies erfolgt durch
allmähliches Verkleinern des Nabendurchmessers und die damit einhergehende Vergrößerung
des freien Durchflussquerschnittes im Strömungskanal. Entscheidend ist, dass der Nabendiffusor
unbeeinflusst von den Laufradschaufeln ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Laufradschaufeln
axial vor dem Nabendiffusor enden, so dass eine zum Strömungskanal weisende Nabendiffusorwandfläche
ohne Laufradschaufeln ausgebildet ist und nur der sich verjüngende Querschnitt der
Nabendiffusorwandfläche auf die abströmseitige Strömung wirkt.
[0006] Erfindungsgemäß kommt es zur Reduzierungen der dynamischen Austrittsverluste, der
Leistungsaufnahme und der Geräuschbildung.
[0007] Vorteilhaft ist zudem eine Ausführungsvariante des Axiallüfters, bei der ein Axialabschnitt
im Strömungskanal des Axiallüfters, in dem der Nabendiffusor ausgebildet ist, als
frei durchströmbarer Freiraum ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Nabendiffusorwandfläche
nicht nur frei von Laufradschaufein, sondern dass die Nabendiffusorwandfläche sowohl
frei von jeglichen Bauteilen wie Stegen oder anderen Strömungsleitelementen ausgebildet
ist als auch der sich radial an die Nabendiffusorwandfläche anschließende Freiraum
im Strömungskanal. Die Strömung kann den Strömungskanal im Axialabschnitt des Nabendiffusors
somit frei und unbeeinflusst durchströmen.
[0008] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Axiallüfters ist zudem dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse einen abströmseitigen Auslass und am Auslass einen Gehäusediffusor
aufweist, wobei das Lüfterrad derart innerhalb des Gehäuses positioniert ist, dass
der Nabendiffusor des Lüfterrads und der Gehäusediffusor des Gehäuses sich überlappend
in einer Axialebene liegen. Der Nabendiffusor und der Gehäusediffusor wirken dabei
zusammen am Auslass des Axiallüfters positiv auf die Strömung ein. Günstig ist zudem,
wenn der Gehäusediffusor eine gerundete Gehäusediffusorwandfläche und der Nabendiffusor
eine konische Nabendiffusorwandfläche aufweisen.
[0009] Wertemäßig ist bei dem Axiallüfter vorteilhaft, wenn der Nabendiffusor und der Gehäusediffusor
eine durchströmbare Strömungskanalqueschnittsfläche des Strömungskanals am Auslass
insgesamt um 25-30% vergrößern.
[0010] Strömungstechnisch günstig wirkt sich bei dem Axiallüfter zur Lösung der Aufgaben
zudem eine Ausführung aus, bei der die gesamte Axialerstreckung des Nabendiffusors
größer ist als die gesamte Axialerstreckung des Gehäusediffusors.
[0011] Geometrisch ist bei dem Axiallüfter eine Ausführung ferner vorteilhaft, bei der ein
radialer Einzug des Nabendiffusors gegenüber der Nabe geringer ist als ein radialer
Einzug des Gehäusediffusors gegenüber einer sich an den Gehäusediffusor axial anschließenden
Gehäuseinnenwandfläche. Als radialer Einzug wird vorliegend die Verringerung der Erstreckung
in Radialrichtung senkrecht zur Rotationsachse verstanden.
[0012] Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung bei mehrstufigen Axiallüftern aus.
In einer Ausführung der Erfindung ist das Lüfterrad deshalb axial in Reihe zu mindestens
einem zweiten Lüfterrad angeordnet. Die Lüfterräder erzeugen im Betrieb gemeinsam
eine Axialströmung durch den Strömungskanal, wobei das Lüfterrad mit dem Nabendiffusor
abströmseitig und das zweite Lüfterrad ansaugseitig positioniert ist.
[0013] Weiter vorteilhaft ist eine Ausführung des Axiallüfters, bei der axial zwischen dem
Lüfterrad und dem zweiten Lüfterrad eine nicht-rotierbare Steganordnung mit einer
Mehrzahl von Radialstegen vorgesehen ist, die sich radial durch den Strömungskanal
erstrecken und eine gekrümmte Profilierung aufweisen, welche ausgebildet ist, einen
im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads in statischen Druck
zu überführen. Die gekrümmte Profilierung kann durch eine dreidimensionale Krümmung
der Radialstege erfolgen, so dass die Radialstege entlang der axialen Strömungsrichtung
Strömungsleitflächen bilden, welche die Axialströmung aerodynamisch beeinflussen.
[0014] In einer Weiterbildung des mehrstufigen Axiallüfters ist vorgesehen, dass dieser
ein Ringteil umfasst, das einen Teil des Gehäuses bildet und die Steganordnung mit
den Radialstegen umfasst. Somit leistet das Ringteil einen Beitrag zum konstruktiven
Aufbau sowie zur Aerodynamik des Axiallüfters.
[0015] Das Ringteil ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Es weist in einer Ausführungsform
ein Ringelement und eine zu dem Ringelement koaxiale, achszentrale Motorhalterung
auf, an der zumindest ein Motor des Axiallüfters befestigbar ist. Das Ringelement
bildet den Teil des Gehäuses, die Motorhalterung ist ein weiterer konstruktiver Teil
zur Integration des Motors oder der Motoren der Laufräder. Die Radialstege erstrecken
sich bei dem Ringteil vorzugsweise von dem Ringelement zu der Motorhalterung durch
den Strömungskanal. Ferner sind für einen kompakten Axialaufbau das Lüfterrad und
das zweite Lüfterrad vorzugsweise jeweils unmittelbar angrenzend zu dem Ringteil angeordnet.
[0016] Eine Weiterbildung des Axiallüfters ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad
Laufradschaufeln mit einer ersten Axialerstreckung und das zweite Lüfterrad mit Laufradschaufeln
mit einer zweiten Axialerstreckung aufweisen, wobei die erste Axialerstreckung größer
ist als die zweite Axialerstreckung. Auch diese konstruktive Lösung trägt zur Lösung
der gestellten Aufgaben bei. Durch die Nutzung der Radialstege mit gekrümmter Profilierung,
auf denen der statische Druck aufgebaut wird, werden die Belastung und die Drehzahl
der nachfolgenden Laufradschaufeln des zweiten Lüfterrads reduziert und die Axialerstreckung
kann verringert werden. Dies wiederum wirkt sich positiv darauf aus, bei dem Lüfterrad
den Nabendiffusor vorzusehen, da durch die axial kürzen Laufradschaufeln am Lüfterrad
Axialraum für den Nabendiffusor geschaffen wird.
[0017] 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:
- Fig. 1
- eine erste seitliche Schnittansicht durch einen Axiallüfter;
- Fig. 2
- eine zweite seitliche Schnittansicht durch den Axiallüfter aus Figur 1;
- Fig. 3
- eine Detailansicht X aus Figur 2;
- Fig. 4
- eine Schnittansicht F-F aus Figur 2;
- Fig. 5
- eine Schnittansicht G-G aus Figur 2;
- Fig. 6
- eine perspektivische Ansicht eines Ringteils des Axiallüfters aus Figur 1.
[0018] In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Axiallüfters 1 in mehrstufiger
Ausbildung in seitlichen Schnittansichten dargestellt.
[0019] Der Axiallüfter 1 umfasst ein dreiteiliges, ineinander gestecktes Gehäuse 2, in dem
axial in Reihe in Strömungsrichtung S gesehen das erste Lüfterrad 4, die feststehende,
nicht-rotierbare Steganordnung 6 und das zweite Lüfterrad 5 aufgenommen sind und zusammen
den Strömungskanal 3 parallel zur Rotationsachse RA der Lüfterräder 4, 5 bestimmen.
Die beiden Lüfterräder 4, 5 erzeugen die Axialströmung AS durch den Strömungskanal
3, wobei der Anteil der Axialströmung AS, der durch das erste Lüfterrad 4 erzeugt
wird, zunächst gegen die Steganordnung 6 strömt und anschließend von dem zweiten Lüfterrad
5 weitergeführt führt. Die nicht-rotierbare Steganordnung 6 ist durch das Ringteil
10 gebildet und umfasst eine Mehrzahl von Radialstegen 7. Zudem ist ein Wandeinsatz
93 (siehe Figur 2) zum Ausgleich der rechteckigen, beziehungsweise quadratischen Außenkontur
in einen Strömungskanal 3 mit rundem Querschnitt vorgesehen.
[0020] Das Ringteil 10 ist in Figur 6 näher gezeigt. Es ist einstückig ausgebildet mit dem
Ringelement 11, das einen Teil des Gehäuses 2 bildet, einer achszentralen Motorhalterung
12 mit einem Außenring 12 und zwei hohlzylindrische Axialstutzen 80, 81 zur befestigenden
außenseitigen Aufnahme der Motoren 44, 45 und innenseitigen Aufnahme der Motorlagerung
(siehe Figur 1). Zwischen den Axialstutzen 80, 81 und dem Außenring 12 sind in Umfangsrichtung
abwechselnd verteilt mehrere durchströmbare Ausnehmungen 22 und Versteifungsstreben
23 vorgesehen. Somit kann Kühlluft auch in den Bereich der Motoren 44, 45 gelangen
und die Ausnehmungen 22 durchströmen. Die Radialstege 7 der Steganordnung 6 erstrecken
sich radial zwischen dem Ringelement 11 und dem Außenring 76 der Motorhalterung 12.
Dabei ist die Axialerstreckung der Radialstege 7 in ihrem radial außen liegenden Randabschnitt,
in dem sie an dem Ringelement 11 angeschlossen sind betragsmäßig größer als die Axialerstreckung
im radial innen liegenden Randabschnitt, der jeweils an dem Außenring 76 der Motorhalterung
12 angeschlossen ist. Der Außenring 76 ist koaxial zum Ringelement 11.
[0021] Jeder der Radialstege 7 ist gleich geformt und weist jeweils die Anströmkante 8 und
die Abströmkante 9 auf. Die Anströmkante 8 ist gegenüber einer Radialebene gesehen
mit einem stärker gekrümmten Verlauf versehen als die Abströmkante 9. Die Radialstege
7 erstrecken sich radial durch den Strömungskanal 3 und haben eine gekrümmte Profilierung.
In der gezeigten Ausführung sind die Radialstege 7 sowohl in Umfangsrichtung als auch
in Axialrichtung gekrümmt geformt. Es ergibt sich eine dreidimensionale Krümmung der
Radialstege 7 in mindestens zwei Richtungen. Daraus ergeben sich Strömungsleitflächen
77 an den Radialstegen 7 entlang der axialen Strömungsrichtung S, so dass diese ausgebildet
sind, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten Lüfterrads 4 in
statischen Druck zu überführen. Der restliche Drall wird anschließend von dem zweiten
Lüfterrad 5 bei einem geringen Aufbau statischen Druckes entnommen. In der gezeigten
Ausführung rotieren die beiden Lüfterräder 4, 5 im Betrieb gegenläufig.
[0022] Bezugnehmend wieder auf die Figur 1 und 2 weist das erste Lüfterrad 4 die Nabe 24
auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 14 nach radial außen erstrecken. Das zweite
Lüfterrad 5 weist die Nabe 25 auf, von der aus sich die Laufradschaufeln 15 nach radial
außen erstrecken. Die Naben 24, 25 verlaufen mit der Motorhalterung 12 jeweils parallel
in der Axialebene AE und bilden somit und eine radial innen liegende Wandfläche des
Strömungskanals 3 parallel zur Rotationsachse RA. Zwischen den Naben 24, 25 und dem
Außenring 76 der Motorhalterung 12 ist jeweils eine Unterbrechung vorgesehen, so dass
Luft in den Bereich der Axialstutzen strömen kann. Zudem ist vorgesehen, dass das
erste Lüfterrad 4 Laufradschaufeln 14 mit einer größeren Axialerstreckung als das
zweite Lüfterrad 5 aufweist. Axial anschließend an die Laufradschaufeln 15 ist an
der Nabe 25 des zweiten Lüfterrads 5 der Nabendiffusor 26 mit einem sich konisch zulaufend
verjüngenden Querschnitt ausgebildet. Die axial kürzeren Laufradschaufeln 15 am zweiten
Lüfterrad 5 sind nur im zur Rotationsachse parallelen Abschnitt der Nabe 25 angeordnet,
so dass die zum Strömungskanal 3 weisende Nabendiffusorwandfläche des Nabendiffusors
ohne Laufradschaufeln 15 oder andere Bauteile ausgebildet ist und nur der sich verjüngende
Querschnitt der Nabendiffusorwandfläche auf die abströmseitige Strömung wirkt. Der
sich an das zweite Laufrad 5 in Strömungsrichtung anschließende Bereich im Strömungskanal
3 ist frei durchströmbar, so dass der Axialabschnitt des Axiallüfters mit dem Nabendiffusor
26 als frei durchströmbarer Freiraum ausgebildet ist.
[0023] In Figur 2 ist gut der am Auslass des Gehäuses ausgebildete Gehäusediffusor 27 zu
erkennen, der eine gerundete Gehäusediffusorwandfläche aufweist. Das Lüfterrad 5 mit
seiner Nabe 25 ist so innerhalb des Gehäuses 2 positioniert, dass der Gehäusediffusor
27 und der Nabendiffusor 26 sich überlappend in einer Axialebene liegen. Beide Diffusoren
wirken somit unmittelbar zusammen und vergrößern die durchströmbare Strömungskanalqueschnittsfläche
des Strömungskanals 3 am Auslass in der gezeigten Ausführung um 28%, wie es auch in
den Schnittansichten F und G der Figuren 4 und 5 zu erkennen ist. Darin gilt für die
Längen T2>T1 und die Rundungen R3>R1 und R2>R4.
[0024] In der Detailansicht X aus Figur 2, welche in Figur 3 dargestellt ist, ist zudem
gut zu erkennen, dass die Axialerstreckung L2 des Nabendiffusors 26 größer ist als
die Axialerstreckung L1 des Gehäusediffusors 27 und, dass der radialer Einzug H2 des
Nabendiffusors 26 gegenüber der Nabe 25 geringer ist als der radialer Einzug H1 des
Gehäusediffusors 27 gegenüber der sich an den Gehäusediffusor 27 axial anschließenden
und sich parallel zur Rotationsachse RA erstreckenden Gehäuseinnenwandfläche. An das
zweite Lüfterrad 5 grenzt in Strömungsrichtung gesehen zunächst noch ein kurzer Abschnitt
der Nabe 25 in Parallelerstreckung zur Rotationsachse an, bevor sich der Nabendiffusor
26 anschließt und den axialen Abschluss des Laufrads 5 bestimmt. Das Axialende des
Laufrads 5 ist gegenüber der Axialebene, welche den Auslass des Gehäuses 2 und somit
den Abschluss des Axiallüfters 1 bestimmt, geringfügig ins Innere des Strömungskanals
3 zurückversetzt.
[0025] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiele, insbesondere nicht auf die Ausführung von mehrstufigen
Axiallüftern. Die vorteilhafte strömungstechnische Wirkung zeigt sich bei der mehrstufigen
Ausführung jedoch besonders ausgeprägt.
1. Axiallüfter (1) mit einem einen Strömungskanal (3) bildenden Gehäuse (2) und einem
in dem Gehäuse (2) aufgenommenen, um eine Rotationsachse (RA) rotierbaren Lüfterrad
(5), wobei das Lüfterrad (5) eine Nabe (25) aufweist, von der aus sich Lüfterradschaufeln
(16) radial auswärts erstrecken, und wobei das Lüfterrad (5) abtrömseitig an der Nabe
(25) einen Nabendiffusor (26) ausbildet, der sich axial an einen Bereich der Nabe
(25) anschließt, in dem die Lüfterradschaufeln (15) des Lüfterrads (5) ausgebildet
sind, so dass der Nabendiffusor (26) frei von Lüfterradschaufeln (15) ist.
2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialabschnitt im Strömungskanal (3) des Axiallüfters, in dem der Nabendiffusor
ausgebildet ist, als frei durchströmbarer Freiraum ausgebildet ist.
3. Axiallüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen abströmseitigen Auslass und am Auslass einen Gehäusediffusor
(27) aufweist, wobei das Lüfterrad (5) derart innerhalb des Gehäuses (2) positioniert
ist, dass der Nabendiffusor (26) des Lüfterrads und der Gehäusediffusor (27) des Gehäuses
sich überlappend in einer Axialebene liegen.
4. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabendiffusor (26) und der Gehäusediffusor (27) eine durchströmbare Strömungskanalqueschnittsfläche
des Strömungskanals (3) am Auslass um 25-30% vergrößern.
5. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialerstreckung (L2) des Nabendiffusors (26) größer ist als eine Axialerstreckung
(L1) des Gehäusediffusors (27).
6. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein radialer Einzug (H2) des Nabendiffusors (26) gegenüber der Nabe (25) geringer
ist als ein radialer Einzug (H1) des Gehäusediffusors (27) gegenüber einer sich an
den Gehäusediffusor (27) axial anschließenden Gehäuseinnenwandfläche.
7. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (4) axial in Reihe zu einem zweiten Lüfterrad (5) angeordnet ist und
die Lüfterräder (4, 5) im Betrieb eine Axialströmung (AS) durch den Strömungskanal
(3) erzeugen.
8. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Lüfterrad (4) und dem zweiten Lüfterrad (5) eine nicht-rotierbare
Steganordnung (6) mit einer Mehrzahl von Radialstegen (7) vorgesehen ist, die sich
radial durch den Strömungskanal (3) erstrecken und eine gekrümmte Profilierung aufweisen,
welche ausgebildet ist, einen im Betrieb erzeugten Drall der Axialströmung des ersten
Lüfterrads (4) in statischen Druck zu überführen.
9. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (1) ein Ringteil (10) umfasst, das einen Teil des Gehäuses (2) bildet
und die Steganordnung (6) umfasst.
10. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (10) ein Ringelement (11) und eine zu dem Ringelement (11) koaxiale,
achszentrale Motorhalterung (12) aufweist, an der zumindest ein Motor (44, 45) des
Axiallüfters (1) befestigbar ist.
11. Axiallüfter nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Radialstege (7) von dem Ringelement (11) zu der Motorhalterung (12) erstrecken.
12. Axiallüfter nach einem der vorigen Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (4) Laufradschaufeln (14) mit einer ersten Axialerstreckung und das
zweite Lüfterrad (5) mit Laufradschaufeln (15) mit einer zweiten Axialerstreckung
aufweisen, wobei die erste Axialerstreckung größer ist als die zweite Axialerstreckung.