Radiallüfter mit Spiralgehäuse

Abstract

 Ein Radiallüfter (100) hat: Ein Lüfterrad (142), welches um eine zugeordnete Drehachse (149) drehbar ist und einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweist; einen Motor (120) zum Antrieb des Lüfterrads, welcher mit einer Motorwicklung (132) versehen ist; ein Lüftergehäuse (110), welches einen mit einer Lufteintrittsöffnung (115) und einer Luftaustrittsöffnung (117) versehenen Druckraum (113) ausbildet, in welchem zumindest das Lüfterrad (142) angeordnet ist; wobei der Druckraum (113) mit einer das Lüfterrad umschließenden, zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand (119) versehen ist, welche bevorzugt mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte (411, 412, 413) aufweist, wobei einem ersten Spiralabschnitt (411) ein erster Spiralradius (401) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,65-fachen bis zum etwa 0,6825-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist, einem zweiten Spiralabschnitt (412) ein zweiter Spiralradius (402) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,725-fachen bis zum etwa 0,7825-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist, und einem dritten Spiralabschnitt (413) ein dritter Spiralradius (403) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,8375-fachen bis zum etwa 0,895-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist. Das Lüfterrad (142) ist mit gekrümmten Schaufeln (181, 182, 183, 184, 185) versehen, welche jeweils eine der Drehachse (149) zugewandte Kante (582) und eine der spiralförmigen Außenwand (119) zugewandte Kante (584) aufweisen, wobei eine gerade Verbindungslinie (585) zwischen diesen Kanten (582, 584) eine Länge (L3) aufweist, die aus einem Bereich vom 0,16-fachen bis zum 0,195-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist. Eine Verlängerung (586) der Verbindungslinie (585) schließt mit einer an der der spiralförmigen Außenwand (119) zugewandten Kante (584) angelegten Tangente (587) des Lüfterrads (142) einen ersten Winkel (α) aus einem Bereich von 48° bis 58° ein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Radiallüfter mit einem Lüfterrad, welches um eine zugeordnete Drehachse in eine vorgegebene Drehrichtung drehbar ist und einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweist, einem Motor zum Antrieb des Lüfterrads, welcher mit einer Motorwicklung versehen ist, und einem Lüftergehäuse, welches einen mit einer Lufteintrittsöffnung und einer Luftaustrittsöffnung versehenen Druckraum ausbildet, in welchem zumindest das Lüfterrad angeordnet ist, wobei der Druckraum mit einer das Lüfterrad umschließenden, zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand versehen ist, welche mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte aufweist.

[0002] Derartige Radiallüfter mit sogenannten Spiralgehäusen finden z.B. in unterschiedlichen Einsatzgebieten in der Automobilindustrie Anwendung und haben einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad, eine vergleichsweise große Luftleistung bei entsprechendem Druckaufbau sowie vergleichsweise geringe Geräuschemissionen bei kleinen Abmessungen. Dennoch werden insbesondere in der Automobilindustrie durch einen kontinuierlich fortschreitenden Ausbau von Komforttechnik Radiallüfter mit Spiralgehäusen erforderlich, welche bei immer kleineren Abmessungen immer größer werdende Luftleistungen bieten.

[0003] Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Radiallüfter mit Spiralgehäuse bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0004] Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch einen Radiallüfter mit einem Spiralgehäuse gemäß Anspruch 1 gelöst. Hierbei können durch eine Verbesserung des Verhältnisses der Spiralradien des Spiralgehäuses zum Außendurchmesser des Lüfterrads ein verbesserter Wirkungsgrad des Radiallüfters sowie eine vergrößerte Luftleistung bei annähernd gleich bleibenden Abmessungen des Spiralgehäuses erreicht werden. Zudem kann durch die entsprechend definierten Schaufeln ebenfalls eine Verbesserung des Wirkungsgrads erzielt werden. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass sowohl die Verbesserung des Spiralgehäuses als auch die Verbesserung der Schaufeln einen positiven Effekt auf den Wirkungsgrad haben, dass jedoch bei einer entsprechenden Ausgestaltung sowohl des Spiralgehäuses als auch der Schaufeln eine besonders gute Verbesserung des Wirkungsgrads erfolgt, da sich die Einzelverbesserungen über den Arbeitsbereich unterschiedlich auswirken, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads führt, die durch eine der Einzelverbesserungen allein nicht erreichbar ist und bevorzugt über die Summe der Einzelverbesserungen hinaus geht.

[0005] Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lüfters sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht eines Radiallüfters mit einem Spiralgehäuse,

Fig. 2

eine perspektivische Explosionsansicht des Radiallüfters von Fig. 1,

Fig. 3

eine Seitenansicht des Radiallüfters von Fig. 1 und Fig. 2, im montierten Zustand,

Fig. 4

eine Schnittansicht des Radiallüfters von Fig. 1 bis 3, gesehen in Richtung von Pfeilen IV von Fig. 3, bei welcher das Lüfterrad der Fig. 1 bis Fig. 3 in Draufsicht gezeigt ist,

Fig. 5

eine Draufsicht auf das Lüfterrad von Fig. 1 bis Fig. 4,

Fig. 6

eine Draufsicht auf ein Lüfterrad gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der Erfindung,

Fig. 7

ein schematisches Diagramm zur Illustration der Verbesserung des Spiralgehäuses von Fig. 1 bis Fig. 4 in Bezug auf beispielhaften Stand der Technik,

Fig. 8

ein schematisches Diagramm zur Illustration der Verbesserung des Flügelrades von Fig. 1 bis Fig. 5 in Bezug auf beispielhaften Stand der Technik,

Fig. 9

ein schematisches Diagramm zur Illustration der Verbesserung des Wirkungsgrads des Radiallüfters von Fig. 1 bis Fig. 5 in Bezug auf beispielhaften Stand der Technik,

Fig. 10

ein Vergleichsdiagramm mit dimensionslosen Kennzahlen psi und phi für einen erfindungsgemäßen Lüfter und einen beispielhaften Stand der Technik, wobei beide Lüfterräder einen Außendurchmesser von 40 mm haben, und

Fig. 11

ein Vergleichsdiagramm mit der Druckerhöhung und dem Wirkungsgrad für die bei den Messungen aus Fig. 10 verwendeten Lüfter, jeweils aufgetragen über den Volumenstrom.

[0007] In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe links, rechts, oben und unten auf die jeweilige Zeichnungsfigur und können in Abhängigkeit von einer jeweils gewählten Ausrichtung (Hochformat oder Querformat) von einer Zeichnungsfigur zur nächsten variieren. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.

[0008] Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Radiallüfter 100, welcher sich z.B. für Anwendungen in der Automobilindustrie eignet und ein gemäß einer Ausführungsform zumindest bereichsweise aus Kunststoff z. B. mittels Kunststoffspritzen ausgebildetes

[0009] Lüftergehäuse 110 hat. Dieses besteht beispielhaft aus einem oberen Gehäuseabschnitt 112 und einem unteren Gehäuseabschnitt 114. Am oberen Gehäuseabschnitt 112 sind illustrativ Befestigungsglieder 131, 136 zur Befestigung des Lüftergehäuses 110 in bzw. an einem externen Objekt, z. B. in einem Automobil, vorgesehen. Am unteren Gehäuseabschnitt 114 ist beispielhaft eine topfartige Erweiterung 104 ausgebildet.

[0010] Der obere und untere Gehäuseabschnitt 112, 114 sind z. B. über zugeordnete Befestigungselemente 111, 116 aneinander befestigt. Diese sind illustrativ zur Ausbildung einer Rastverbindung zwischen oberem und unterem Gehäuseabschnitt 112 bzw. 114 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich hierzu können der obere und untere Gehäuseabschnitt 112, 114 z. B. auch miteinander verschraubt, verklebt, verschweißt, vernietet usw. sein.

[0011] Das Lüftergehäuse 110 bildet gemäß einer Ausführungsform einen mit einer Lufteintrittsöffnung 115 und einer Luftaustrittsöffnung 117 versehenen Druckraum 113 aus, welcher mit einer zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand 119 versehen ist. In dem Druckraum 113 ist zumindest ein Lüfterrad 142 zur Erzeugung eines Luftstroms 198 derart angeordnet, dass die spiralförmige Außenwand 119 das Lüfterrad 142 zumindest abschnittsweise umschließt. Dieses ist um eine zugeordnete Drehachse 149 in eine vorgegebene Drehrichtung 199 drehbar und hat eine Vielzahl von Lüfterflügeln, von denen nur fünf mit den Bezugszeichen 181, 182, 183, 184, 185 versehen sind. Die Lüfterflügel werden bei Radiallüftern auch als Schaufeln bezeichnet. Die Drehachse 149 ist hier zumindest annähernd koaxial zur Lufteintrittsöffnung 115 und zumindest annähernd senkrecht zur Luftaustrittsöffnung 117 ausgerichtet.

[0012] Die Lüfterflügel 181, 182, 183, 184, 185 sind an ihren der Lufteintrittsöffnung 115 zugewandten axialen Enden an einem ringförmigen Träger 144 befestigt. In Drehrichtung 199 gesehen sind die Lüfterflügel 181, 182, 183, 184, 185 gekrümmt, insbesondere vorwärts gekrümmt bzw. konvex ausgebildet, sodass der Radiallüfter 100 auch als "Trommelläufer" bezeichnet werden kann.

[0013] Fig. 2 zeigt den Radiallüfter 100 von Fig. 1 bei seiner Montage. Hierzu ist in der topfartigen Erweiterung 104 des unteren Gehäuseabschnitts 114 illustrativ eine mit einem Lagerrohr 282 versehene Bodenwand 280 ausgebildet.

[0014] In einem ersten Schritt wird eine mit elektronischen Bauteilen 275 bestückte Leiterplatte 270 bevorzugt zumindest im Wesentlichen zentriert auf dem Lagerrohr 282 angeordnet. Die elektronischen Bauteile 275 dienen z. B. zur Steuerung eines Motors 120, der zum Antrieb des Lüfterrads 142 vorgesehen ist und beispielhaft einen mit einer Motorwicklung 132 versehenen Innenstator 230 sowie einen mit einer Rotorwelle 242 versehenen Außenrotor 240 aufweist.

[0015] In einem nächsten Schritt wird der Innenstator 230 auf dem Lagerrohr 282 über der Leiterplatte 270 angeordnet, wobei der Innenstator 230 z. B. an der Leiterplatte 270 befestigt wird und die Motorwicklung 132 z. B. elektrisch leitend mit der Leiterplatte 270 oder einem oder mehrerer der darauf angeordneten, elektronischen Bauteile 275 verbunden wird. Der Außenrotor 240 wird über eine geeignete Lageranordnung derart am Lagerrohr 282 gelagert, dass die Rotorwelle 242 im Lagerrohr 282 zumindest in die Drehrichtung 199 des Lüfterrads 142 drehbar aufgenommen ist.

[0016] In einem weiteren Schritt wird das Lüfterrad 142 an der Rotorwelle 242 befestigt. Hierzu sind illustrativ zumindest die von dem ringförmigen Träger 144 abgewandten axialen Enden der Lüfterflügel 181, 182, 183, 184, 185 an einer Rotorglocke 244 befestigt, welche an der Rotorwelle 242 befestigbar ist. Am Innenumfang dieser Rotorglocke 244 sind z. B. Permanentmagneten 249 zum Zusammenwirken mit der Motorwicklung 132 angeordnet.

[0017] In einem abschließenden Schritt wird dann der obere Gehäuseabschnitt 112 auf den unteren Gehäuseabschnitt 114 aufgesetzt und über die Befestigungselemente 111, 116 an diesem befestigt. Zu dieser Befestigung sind am unteren Gehäuseabschnitt 114 illustrativ zusätzliche Befestigungselemente 211, 214, 216 ausgebildet.

[0018] Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Aufbau und Funktionalität sowie Zusammenbau von Motor 120 und Lüfterrad 142 dem Fachmann hinreichend bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Deshalb wird hier zwecks Einfachheit und Knappheit der Beschreibung auf eine weitere Beschreibung hiervon verzichtet. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Montageschritte lediglich beispielhaften Charakter haben und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind. Vielmehr ist auch eine andere Abfolge der Schritte möglich, z. B. kann zunächst die Rotorglocke 244 an der Rotorwelle 242 befestigt werden, dann der Außenstator 230 an der Leiterplatte 270, dann der Außenstator 230 mit der Leiterplatte 270 am Lagerrohr 282 und abschließend die Rotorwelle 242 im Lagerrohr 282 usw.

[0019] Fig. 3 zeigt den mit dem Lüftergehäuse 110 versehenen Radiallüfter 100 von Fig. 1 und 2, welcher den Luftstrom 198 von Fig. 1 erzeugt. Fig. 2 verdeutlicht den durch die Lufteintrittsöffnung 115 in das Lüftergehäuse 110 eintretenden und durch die Luftaustrittsöffnung 117 aus dem Lüftergehäuse 110 austretenden Luftstrom 198, sowie die Anordnung der Leitplatte 270 in der mit der Bodenwand 280 versehenen, topfartigen Erweiterung 104 des unteren Gehäuseabschnitts 114.

[0020] Fig. 4 zeigt das mit den am ringförmigen Träger 144 befestigten Lüfterflügeln 181, 182, 183, 184, 185 von Fig. 1 und 2 versehene Lüfterrad 142 von Fig. 1 und 2, welches im Bereich der Lufteintrittsöffnung 115 des oberen Gehäuseabschnitts 112 des den Druckraum 113 ausbildenden Lüftergehäuses 110 von Fig. 1 bis 3 angeordnet ist. Das Lüfterrad 142 hat beispielhaft einen vorgegebenen Außendurchmesser D, vgl. Fig. 5. Darüber hinaus verdeutlicht Fig. 4 die das Lüfterrad 142 umschließende, zumindest bereichsweise spiralförmige Außenwand 119 des Druckraums 113.

[0021] Die spiralförmige Außenwand 119 hat mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte 411, 412, 413. Hierbei ist die Luftaustrittsöffnung 117 des Lüftergehäuses 110 beispielhaft zwischen einem Anfangsbereich 421 eines ersten Spiralabschnitts 411 und einem Endbereich 423 eines dritten Spiralabschnitts 413 ausgebildet. Der erste Spiralabschnitt 411 geht illustrativ in einem Punkt 471 in einen zweiten Spiralabschnitt 412 über, welcher seinerseits illustrativ in einem Punkt 473 in den dritten Spiralabschnitt 413 übergeht.

[0022] Jeder der Spiralabschnitte 411, 412, 413 verläuft entlang eines zugeordneten Kreises 431, 432 bzw. 433, welcher einen jeweils zugeordneten Spiralradius 401, 402, 403 aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist dem ersten Spiralabschnitt 411 ein erster Spiralradius 401 zugeordnet, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,65-fachen bis zum etwa 0,6825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist. Dem zweiten Spiralabschnitt 412 ist ein zweiter Spiralradius 402 zugeordnet, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,725-fachen bis zum etwa 0,7825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist. Dem dritten Spiralabschnitt 413 ist ein dritter Spiralradius 403 zugeordnet, welcher aus einem Bereich vom etwa 0,8375-fachen bis zum etwa 0,895-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist.

[0023] Dementsprechend ist der erste Spiralradius 401 bei einem Außendurchmesser D von 40 mm aus einem Bereich von etwa 26 mm bis etwa 27,3 mm vorgegeben, der zweite Spiralradius 402 ist aus einem Bereich von etwa 29 mm bis etwa 31,3 mm vorgegeben und der dritte Spiralradius 403 ist aus einem Bereich von etwa 33,5 mm bis etwa 35,8 mm vorgegeben. Bevorzugt beträgt hierbei der erste Spiralradius etwa 27 mm, der zweite Spiralradius 402 etwa 30 mm, und der dritte Spiralradius 403 etwa 34,5 mm.

[0024] Illustrativ bzw. für die Konstruktion weist jeder der Kreise 431, 432, 433 einen Kreismittelpunkt 441, 442 bzw. 443 auf. Bevorzugt liegen die Kreismittelpunkte 441, 442 und 443 an voneinander unterschiedlichen Stellen, um die Übergänge zwischen den Kreisabschnitten an Stellen mit im Wesentlichen gleicher Tangente zu haben, und somit Knicke zwischen den Kreisabschnitten zu vermeiden oder zu verringern. Bevorzugt liegen die Kreismittelpunkte 441, 442 und 443 jeweils auf einer Ecke 451, 452 bzw. 453 eines Rechtecks 450. Gemäß einer Ausführungsform hat der mit dem Spiralradius 401 ausgebildete Kreis 431 einen Kreismittelpunkt 441, welcher einer Ecke 451 des Rechtecks 450 zugeordnet ist. Der mit dem Spiralradius 402 ausgebildete Kreis 432 hat einen Kreismittelpunkt 442, welcher einer Ecke 452 des Rechtecks 450 zugeordnet ist. Der mit dem Spiralradius 403 ausgebildete Kreis 433 hat einen Kreismittelpunkt 443, welcher einer Ecke 453 des Rechtecks 450 zugeordnet ist. Die Kreismittelpunkte 441, 442, 443 entsprechen in Drehrichtung 199 des Lüfterrads 142 gesehen aufeinander folgenden Ecken 451, 452 bzw. 453 des Rechtecks 450.

[0025] Wie aus einer vergrößerten Detailansicht 490 ersichtlich, hat das Rechteck 450 gemäß einer Ausführungsform zwischen zwei Ecken 452, 453, welche den zweiten und dritten Spiralabschnitten 412 bzw. 413 zugeordnet sind, eine erste Seite 463 mit einer ersten Länge L1. Zwischen zwei den ersten und zweiten Spiralabschnitten 411, 412 zugeordneten Ecken 451 bzw. 452 ist eine zweite Seite 461 angeordnet, welche eine zweite Länge L2 aufweist. Hierbei hat die erste Länge L1 bevorzugt zumindest annähernd das 1,5-fache der zweiten Länge L2. Z. B. beträgt die erste Länge L1 bei D = 40 mm zumindest annähernd 4,5 mm und die zweite Länge L2 zumindest annähernd 3 mm. Allgemeiner ausgedrückt liegt das Verhältnis L1/L2 bevorzugt im Bereich 1,3 .. 1,7 bzw. genauer ausgedrückt im Bereich 1,300 .. 1,700. Die Länge L2 liegt bei D = 40 mm bevorzugt im Bereich von 2,8 mm bis 3,2 mm.

[0026] Fig. 5 zeigt das Lüfterrad 142 von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4, welches die am ringförmigen Träger 144 sowie einer Deckenwand 544 der Rotorglocke 244 befestigten Lüfterflügel 181, 182, 183, 184, 185 aufweist. In der Deckenwand 544 ist beispielhaft eine Öffnung 542 zur Aufnahme der Rotorwelle 242 des Motors 120 von Fig. 2 vorgesehen.

[0027] Der Aufbau der gekrümmten Lüfterflügel 181, 182, 183, 184, 185 ist nachfolgend am Beispiel des gekrümmten Lüfterflügels 182 beschrieben. Dieser hat illustrativ eine der Drehachse 149 des Lüfterrads 142 zugewandte Kante 582 und eine dem ringförmigen Träger 144 zugewandte Kante 584. Die Kanten 582, 584 sind beispielhaft abgerundet ausgebildet.

[0028] Gemäß einer Ausführungsform weist eine gerade Verbindungslinie 585 zwischen den Kanten 582, 584 eine Länge L3 auf, die aus einem Bereich vom etwa 0,16-fachen bis zum etwa 0,195-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist. Dementsprechend ist die Länge L3 bei einem Außendurchmesser D von 40 mm aus einem Bereich von 5,5 mm bis 8 mm vorgegeben und beträgt beispielhaft etwa 6,69 mm. Hierbei schließt eine fiktive Verlängerung 586 der Verbindungslinie 585 mit einer Tangente 587 des Lüfterrads 142, welche an der Kante 584 des Lüfterflügels 182 angelegt ist, bevorzugt einen Winkel α aus einem Bereich von etwa 48° bis 58° ein. Z. B. beträgt der Winkel α bei der Länge L3 von 6,69 mm etwa 53,8°.

[0029] Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Lüfterrad 642, welches anstelle des Lüfterrads 142 von Fig. 1, 2, 4 und 5 zur Realisierung des Lüfters 100 von Fig. 1 und 2 Anwendung finden kann. Das Lüfterrad 642 hat illustrativ eine Vielzahl von gekrümmten Lüfterflügeln, von denen zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung beispielhaft nur fünf mit den Bezugszeichen 681, 682, 683, 684, 685 versehen sind. Diese sind an einem ringförmigen Träger 644 sowie einer Deckenwand 645 einer Rotorglocke 646 befestigt. In der Deckenwand 544 ist beispielhaft eine Öffnung 648, z. B. zur Aufnahme der Rotorwelle 242 des Motors 120 von Fig. 2 vorgesehen.

[0030] Der Aufbau der Lüfterflügel 681, 682, 683, 684, 685 ist nachfolgend am Beispiel des Lüfterflügels 682 beschrieben. Dieser hat illustrativ eine der Drehachse 149 des Lüfterrads 642 zugewandte Kante 692 und eine dem ringförmigen Träger 644 zugewandte Kante 694. Die Kanten 692, 694 sind beispielhaft abgerundet ausgebildet.

[0031] Gemäß einer Ausführungsform weist eine gerade Verbindungslinie 695 zwischen den Kanten 692, 694 eine Länge L4 auf, die wie die Länge L3 von Fig. 5 aus einem Bereich vom etwa 0,16-fachen bis zum etwa 0,195-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist. Dementsprechend ist die Länge L4 wie die Länge L3 bei einem Außendurchmesser D von 40 mm aus einem Bereich von etwa 5,5 mm bis etwa 8 mm vorgegeben, beträgt im Vergleich zur Länge L3 von Fig. 5 jedoch beispielhaft etwa 7,58 mm.

[0032] Eine fiktive Verlängerung 696 der Verbindungslinie 695 schließt mit einer Tangente 697 des Lüfterrads 642, welche an der Kante 694 des Lüfterflügels 682 angelegt ist, wiederum wie bei Fig. 5 bevorzugt einen Winkel β aus einem Bereich von etwa 48° bis etwa 58° ein. Im Gegensatz zum Winkel α beträgt der Winkel β bei der Länge L4 von 7,58 mm jedoch bevorzugt etwa 52,8°.

[0033] Fig. 7 zeigt ein Vergleichsdiagramm 700 mit dimensionslosen Kennzahlen zur Verdeutlichung einer Verbesserung des Lüftergehäuses 110 von Fig. 1 bis 4, bzw. der Luftströmungscharakteristiken des Lüftergehäuses 110. Ein solches Diagramm wird vom Fachmann auch als dimensionslose Lüfterkennlinie bezeichnet. Auf der Abszisse (horizontalen Achse) ist die Durchflusszahl (flow coefficient) aufgetragen, und auf der Ordinate (vertikalen Achse) ist die Druckzahl (pressure coefficient) aufgetragen. Hierbei illustriert eine erste Kennlinie 710 die Charakteristiken, welche mit dem Radiallüfter 100 von Fig. 1 bis 3 und dem Lüftergehäuse 110 erreichbar sind, während eine zweite Kennlinie 720 die Charakteristiken eines gebräuchlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Radiallüfters mit Spiralgehäuse illustriert.

[0034] Fig. 8 zeigt ein Vergleichsdiagramm 800 mit dimensionslosen Kennzahlen (dimensionslose Lüfterkennlinie entsprechend Fig. 7) zur Verdeutlichung einer Verbesserung des Lüfterrads 142 von Fig. 1 bis 5, bzw. der Luftströmungscharakteristiken des Lüfterrads 142. Hierbei illustriert eine erste Kennlinie 810 die Charakteristiken, welche mit dem Lüfterrad 142 von Fig. 1 bis 5 und dem Lüftergehäuse 110 beim Radiallüfter 100 von Fig. 1 bis 3 erreichbar sind, während eine zweite Kennlinie 820 die Charakteristiken eines gebräuchlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Lüfterrads eines Radiallüfters mit Spiralgehäuse illustriert.

[0035] Fig. 9 zeigt ein Vergleichsdiagramm 900 zur Verdeutlichung einer Verbesserung des Wirkungsgrads des mit dem Lüftergehäuse 110 von Fig. 1 bis 4 versehenen Radiallüfters 100 von Fig. 1 bis 3 im Vergleich zu einem mit einem Spiralgehäuse versehenen, gebräuchlichen Radiallüfter aus dem Stand der Technik. Hierbei ist illustrativ auf einer Abszisse 902 ein mit dem jeweiligen Radialläufer erzeugbarer Volumenstrom in m³/h aufgezeichnet und auf einer Ordinate 904 ein zugeordneter Wirkungsgrad in %.

[0036] Eine erste Kennlinie 910 illustriert den Wirkungsgrad des Radiallüfters 100, während eine zweite Kennlinie 920 den Wirkungsgrad eines mit einem Spiralgehäuse versehenen, gebräuchlichen Radiallüfters aus dem Stand der Technik illustriert. Hierbei hat der Radiallüfter 100 einen zumindest über weite Volumenstrombereiche signifikant besseren Wirkungsgrad.

[0037] Bei den Messungen der Fig. 7 bis Fig. 9 wurde ein erfindungsgemäßer Lüfter mit einem Außendurchmesser des Lüfterrads von 55 mm verwendet, während der bekannte Lüfter einen Außendurchmesser von 40 mm hatte. Es hat sich herausgestellt, dass sich durch die unterschiedlichen Baugrößen unterschiedliche Effekte bei der Luftreibung und bei der Luftströmung ergeben, die einen qualitativen Vergleich erschweren.

[0038] Fig. 10 zeigt ein Vergleichsdiagramm 1000 mit dimensionslosen Kennzahlen psi 1004 und phi 1002 (dimensionslose Lüfterkennlinie entsprechend Fig. 7 und Fig. 8) zur Verdeutlichung einer Verbesserung des Lüfterrads 142 und des Spiralgehäuses 110 von Fig. 1 bis 5. Hierbei illustriert eine erste Kennlinie 1010 die Charakteristiken, welche mit dem Lüfterrad 142 und dem Spiralgehäuse 110 von Fig. 1 bis Fig. 5 und dem Lüftergehäuse 110 beim Radiallüfter 100 von Fig. 1 bis 3 erreichbar sind ("erfindungsgemäßer Lüfter"), während eine zweite Kennlinie 1020 die Charakteristiken eines gebräuchlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Lüfters mit Lüfterrad und Spiralgehäuse ("bekannter Lüfter") illustriert. In beiden Fällen hatten die Lüfterräder einen Außendurchmesser von 40 mm und damit vergleichbare Baugrößen.

[0039] Fig. 11 zeigt ein Vergleichsdiagramm 1100 für die bei den Messungen aus Fig. 10 verwendeten Lüfter, in dem auf der Abszisse 1102 der Volumenstrom in der Einheit m³/h angegeben ist.

[0040] Auf der linken Seite ist die Druckerhöhung Δ p_f in Pa angegeben. Die Kurve 1121 zeigt die Druckerhöhung für den erfindungsgemäßen Lüfter, und die Kurve 1122 zeigt die Druckerhöhung für den bekannten Lüfter. Die Druckerhöhung ist beim erfindungsgemäßen Lüfter bereichsweise klar größer als beim bekannten Lüfter.

[0041] Auf der rechten Seite ist der Wirkungsgrad 1104 des Motors im frei ausblasenden Zustand in % angegeben. Die Kurve 1111 zeigt den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Lüfters, und die Kurve 1112 zeigt den Wirkungsgrad des bekannten Lüfters. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Lüfters liegt im Maximum bei ca. 19 %, der des bekannten Lüfters im Maximum bei ca. 10 %. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Lüfters ist also deutlich besser, und dies spart Energie.

[0042] Im Ergebnis werden die bereits beschriebenen postiven Effekte durch die Messungen der Fig. 10 und Fig. 11 bestätigt.

[0043] Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

[0044] Die Figuren und die Beschreibung zeigen einen Radiallüfter 100, welcher aufweist: Ein Lüfterrad 142, welches um eine zugeordnete Drehachse 149 in eine vorgegebene Drehrichtung 199 drehbar ist und einen vorgegebenen Außendurchmesser D aufweist; einen Motor 120 zum Antrieb des Lüfterrads 142, welcher Motor 120 mit einer Motorwicklung 132 versehen ist; ein Lüftergehäuse 110, welches einen mit einer Lufteintrittsöffnung 115 und einer Luftaustrittsöffnung 117 versehenen Druckraum 113 ausbildet, in welchem zumindest das Lüfterrad 142 angeordnet ist; wobei der Druckraum 113 mit einer das Lüfterrad 142 umschließenden, zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand 119 versehen ist, welche mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte 411, 412, 413 aufweist, wobei einem ersten Spiralabschnitt 411 ein erster Spiralradius 401 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,65-fachen bis zum 0,6825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, einem zweiten Spiralabschnitt 412 ein zweiter Spiralradius 402 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,725-fachen bis zum 0,7825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, und einem dritten Spiralabschnitt 413 ein dritter Spiralradius 403 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,8375-fachen bis zum 0,895-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, wobei das Lüfterrad 142 mit gekrümmten Schaufeln 181, 182, 183, 184, 185 versehen ist, welche jeweils eine der Drehachse 149 zugewandte Kante 582 und eine der spiralförmigen Außenwand 119 zugewandte Kante 584 aufweisen, wobei eine gerade Verbindungslinie 585 zwischen diesen Kanten 582, 584 eine Länge L3 aufweist, die aus einem Bereich vom 0,16-fachen bis zum 0,195-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, und wobei eine Verlängerung 586 der Verbindungslinie 585 mit einer an der der spiralförmigen Außenwand 119 zugewandten Kante 584 angelegten Tangente 587 des Lüfterrads 142 einen ersten Winkel α aus einem Bereich von 48° bis 58° einschließt. Bevorzugt hat der zweite Spiralabschnitt 412 mit dem zweiten Spiralradius 402 eine Winkelerstreckung, die bevorzugt im Bereich von 85° bis 95° liegt, und besonders bevorzugt beträgt die Winkelerstreckung 90°, wie dies auch in Fig. 4 gezeigt ist.

[0045] Bevorzugt verläuft jeder der Spiralabschnitte 411, 412, 413 entlang eines Kreises 431, 432, 433, welcher den jeweils zugeordneten Spiralradius 401, 402, 403 aufweist, wobei jeder der Kreise 431, 432, 433 einen Kreismittelpunkt 441, 442, 443 aufweist.

[0046] Bevorzugt liegen die Kreismittelpunkte 441, 442, 443 der Spiralabschnitte 411, 412, 413 an voneinander unterschiedlichen Stellen.

[0047] Bevorzugt liegen die Kreismittelpunkte der Spiralabschnitte 411, 412, 413 jeweils auf einer Ecke 451, 452, 453 eines Rechtecks 450.

[0048] Bevorzugt entsprechen die Kreismittelpunkte 441, 442, 443 in Drehrichtung 199 des Lüfterrads 142 aufeinander folgenden Ecken 451, 452, 453 des Rechtecks 450.

[0049] Bevorzugt weist das Rechteck 450 zwischen zwei den zweiten und dritten Spiralabschnitten 412, 413 zugeordneten Ecken 452, 453 eine erste Seite 463 mit einer ersten Länge L1 auf, und zwischen zwei den zweiten und ersten Spiralabschnitten 412, 411 zugeordneten Ecken 452, 451 eine zweite Seite 461 mit einer zweiten Länge L2 auf, wobei das Verhältnis der ersten Länge L1 zur zweiten Länge L2 im Bereich von 1,3 bis 1,7 liegt.

[0050] Bevorzugt liegt die zweite Länge L2 im Bereich von 2,8 mm bis 3,2 mm, besonders bevorzugt beträgt sie 3 mm.

[0051] Bevorzugt weist die Verbindungslinie 585 eine Länge L3 von 6,69 mm auf und der erste Winkel α beträgt 53,8°.

[0052] Bevorzugt weist die Verbindungslinie 695 eine Länge L4 von 7,58 mm auf und der erste Winkel β beträgt 52,8°.

[0053] Bevorzugt beträgt der Außendurchmesser D 40 mm.

[0054] Bevorzugt beträgt der erste Spiralradius 401 27 mm, der zweite Spiralradius 402 30 mm und der dritte Spiralradius 403 34,5 mm.

[0055] Bevorzugt ist die Luftaustrittsöffnung 117 zwischen einem Anfangsbereich 421 des ersten Spiralabschnitts 411 und einem Endbereich 423 des dritten Spiralabschnitts 413 ausgebildet.

[0056] Bevorzugt ist die Lufteintrittsöffnung 115 zumindest annähernd koaxial zur Drehachse 149 des Lüfterrads 142 ausgerichtet, und die Luftaustrittsöffnung 117 verläuft in einer Ebene, die zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse 149 des Lüfterrads 142 ausgerichtet ist.

[0057] Bevorzugt ist die Länge L3 der Verbindungslinie 585 aus einem Bereich von 5,5 mm bis 8 mm vorgegeben.

[0058] Die Figuren und die Beschreibung zeigen auch ein Lüftergehäuse 110 für einen Radiallüfter 100, welcher ein Lüfterrad 142 und einen mit einer Motorwicklung 132 versehenen Motor 120 zum Antrieb des Lüfterrads 142 aufweist, welches Lüfterrad 142 um eine zugeordnete Drehachse 149 drehbar ist und einen vorgegebenen Außendurchmesser D aufweist; welches Lüftergehäuse 110 einen mit einer Lufteintrittsöffnung 115 und einer Luftaustrittsöffnung 117 versehenen Druckraum 113 ausbildet, in welchem zumindest das Lüfterrad 142 angeordnet ist, wobei der Druckraum 113 mit einer das Lüfterrad 142 umschließenden, zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand 119 versehen ist, welche mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte 411, 412, 413 aufweist, wobei einem ersten Spiralabschnitt 411 ein erster Spiralradius 401 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,65-fachen bis zum 0,6825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, einem zweiten Spiralabschnitt 412 ein zweiter Spiralradius 402 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,725-fachen bis zum 0,7825-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist, und einem dritten Spiralabschnitt 413 ein dritter Spiralradius 403 zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,8375-fachen bis zum 0,895-fachen des Außendurchmessers D vorgegeben ist.

Ansprüche

1. Radiallüfter (100), welcher aufweist:

Ein Lüfterrad (142), welches um eine zugeordnete Drehachse (149) in eine vorgegebene Drehrichtung (199) drehbar ist und einen vorgegebenen Außendurchmesser (D) aufweist;

einen Motor (120) zum Antrieb des Lüfterrads (142), welcher Motor (120) mit einer Motorwicklung (132) versehen ist;

ein Lüftergehäuse (110), welches einen mit einer Lufteintrittsöffnung (115) und

einer Luftaustrittsöffnung (117) versehenen Druckraum (113) ausbildet, in welchem zumindest das Lüfterrad (142) angeordnet ist;

wobei der Druckraum (113) mit einer das Lüfterrad (142) umschließenden,

zumindest bereichsweise spiralförmigen Außenwand (119) versehen ist, welche mindestens drei ineinander übergehende Spiralabschnitte (411, 412, 413) aufweist, wobei einem ersten Spiralabschnitt (411) ein erster Spiralradius (401) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,65-fachen bis zum 0,6825-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist, einem zweiten Spiralabschnitt (412) ein zweiter Spiralradius (402) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,725-fachen bis zum 0,7825-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist, und einem dritten Spiralabschnitt (413) ein dritter Spiralradius (403) zugeordnet ist, welcher aus einem Bereich vom 0,8375-fachen bis zum 0,895-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist,

wobei das Lüfterrad (142) mit gekrümmten Schaufeln (181, 182, 183, 184, 185) versehen ist, welche jeweils eine der Drehachse (149) zugewandte Kante (582) und eine der spiralförmigen Außenwand (119) zugewandte Kante (584) aufweisen, wobei eine gerade Verbindungslinie (585) zwischen diesen Kanten (582, 584) eine Länge (L3) aufweist, die aus einem Bereich vom 0,16-fachen bis zum 0,195-fachen des Außendurchmessers (D) vorgegeben ist, und

wobei eine Verlängerung (586) der Verbindungslinie (585) mit einer an der der spiralförmigen Außenwand (119) zugewandten Kante (584) angelegten Tangente (587) des Lüfterrads (142) einen ersten Winkel (α) aus einem Bereich von 48° bis 58° einschließt.

2. Radiallüfter nach Anspruch 1, bei welchem jeder der Spiralabschnitte (411, 412, 413) entlang eines Kreises (431, 432, 433) verläuft, welcher den jeweils zugeordneten Spiralradius (401, 402, 403) aufweist, wobei jeder der Kreise (431, 432, 433) einen Kreismittelpunkt (441, 442, 443) aufweist.

3. Radiallüfter nach Anspruch 2, bei welchem die Kreismittelpunkte (441, 442, 443) der Spiralabschnitte (411, 412, 413) an voneinander unterschiedlichen Stellen liegen.

4. Radiallüfter nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem, die Kreismittelpunkte der Spiralabschnitte (411, 412, 413) jeweils auf einer Ecke (451, 452, 453) eines Rechtecks (450) liegen.

5. Radiallüfter nach Anspruch 4, bei welchem die Kreismittelpunkte (441, 442, 443) in Drehrichtung (199) des Lüfterrads (142) aufeinander folgenden Ecken (451, 452, 453) des Rechtecks (450) entsprechen.

6. Radiallüfter nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem das Rechteck (450) zwischen zwei den zweiten und dritten Spiralabschnitten (412, 413) zugeordneten Ecken (452, 453) eine erste Seite (463) mit einer ersten Länge (L1) aufweist, und
zwischen zwei den zweiten und ersten Spiralabschnitten (412, 411) zugeordneten Ecken (452, 451) eine zweite Seite (461) mit einer zweiten Länge (L2) aufweist,
wobei das Verhältnis der ersten Länge (L1) zur zweiten Länge (L2) im Bereich von 1,3 bis 1,7 liegt.

7. Radiallüfter nach Anspruch 6, bei welchem die zweite Länge (L2) im Bereich von 2,8 mm bis 3,2 mm liegt.

8. Radiallüfter nach Anspruch 7, bei welchem die zweite Länge (L2) 3 mm beträgt.

9. Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Verbindungslinie (585) eine Länge (L3) von 6,69 mm aufweist und der erste Winkel (α) 53,8° beträgt.

10. Radiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Verbindungslinie (695) eine Länge (L4) von 7,58 mm aufweist und der erste Winkel (β) 52,8° beträgt.

11. Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Außendurchmesser (D) 40 mm beträgt.

12. Radiallüfter nach Anspruch 11, bei welchem der erste Spiralradius (401) 27 mm, der zweite Spiralradius (402) 30 mm und der dritte Spiralradius (403) 34,5 mm beträgt.

13. Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Luftaustrittsöffnung (117) zwischen einem Anfangsbereich (421) des ersten Spiralabschnitts (411) und einem Endbereich (423) des dritten Spiralabschnitts (413) ausgebildet ist.

14. Radiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lufteintrittsöffnung (115) zumindest annähernd koaxial und die Luftaustrittsöffnung (117) verläuft in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse (149) des Lüfterrads (142) ausgerichtet ist.

Zeichnung