Die Erfindung betrifft einen Axialventilator mit Nachleitrad.

Unter Nachleitrad wird in diesem Zusammenhang ein Luftleitelement verstanden, wobei dieses Luftleitelement als Strömungsgleichrichter hinter einem Axialventilator angeordnet die von dem Axialventilator-Laufrad in Strömung versetzte Luft in eine möglichst axiale und gleichmäßige Strömung umleitet. Dazu weist das Nachleitrad mindestens eine entsprechend geformte Luftleitschaufel auf.

Große Lüfterdurchmesser verlangen große Nachleiträder. Solche großen Nachleiträder mit Bauteildurchmessern von 350 mm, insbesondere von mehr als 500 mm, sind kostspielig: aus Kostengründen werden diese Bauteile üblicherweise aus Kunststoff, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt. Dafür werden Spritzgusswerkzeuge benötigt, die insbesondere bei großen Bauteilen hohe Werkzeugkosten bedeuten. Darüber hinaus ist die Herstellung im Kunststoffspritzguss insbesondere wegen der dünnen Wandstärken gerade bei großen Teilen schwierig. Die Bauteile sind grundsätzlich belastungsempfindlich und problematisch bezüglich Verpackung, Lagerung, Transport und Handling.

Die internationale Patentanmeldung WO 2014/056657 der Anmelderin offenbart ein Nachleitrad sowie einen Axialventilator, insbesondere für Verdampfer in Kühlräumen. Das dem Axialventilator nachgeschaltete Nachleitrad steigert die Wurfweite des Axialventilators deutlich, wobei es die drallbehaftete Abströmung des Lüfters in eine gleichmäßige axiale Strömung verwandelt. Unter Wurfweite wird dabei eine Entfernung verstanden, bis zu der eine Grenzgeschwindigkeit der Luftströmung eingehalten wird. Das Nachleitrad ist einteilig als Kunststoffspritzgießteil ausgeführt. Es kann als eigenes Bauteil nachträglich auf einen Wandring oder auf ein Schutzbeziehungsweise Traggitter eines Lüfters lösbar montiert werden.

Je nach Betriebspunkt des Lüfters ist es hinsichtlich von Durchsatz und Wirkungsgrad vorteilhaft, Nachleiträder mit unterschiedlicher Anzahl von Luftleitschaufeln einzusetzen, wobei die Luftleitschaufeln in Abhängigkeit des Betriebspunkts des Lüfters vorteilhafterweise unterschiedliche Geometrie aufweisen. Dadurch ist die benötigte Stückzahl eines bestimmten Nachleitrads kleiner als die des entsprechenden Lüfters und insbesondere für eine wirtschaftliche Herstellung zu klein, da für jede Variante des Nachleitrads ein eigenes Spritzgußwerkzeug benötigt wird.

Die Dokumente EP 1 408 238 A2, US 3 883 264, US 6 409 472 B1 und JP2012031750 offenbaren jeweils ein Nachleitrad für einen Axialventilator, aufweisend eine Nabe und mindestens eine Schaufel, wobei die mindestens eine Schaufel lösbar mit der Nabe wirkverbindbar ist. Weiterhin ist offenbart, dass die Nabe einen Nabentopf mit einem Nabenboden, einer inneren umlaufenden Wandung und einer äußeren umlaufenden Wandung ausbildet, wobei der Nabentopf eine Öffnung im Nabenboden aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Zurverfügungstellung eines Axialventilators mit Nachleitrad, wobei die Geometrie des wirtschaftlich herstellbaren Nachleitrads für unterschiedliche Betriebspunkte optimierbar sein soll.

Diese Aufgabe wird durch einen Axialventilator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Axialventilators ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Ein Nachleitrad eines erfindungsgemäßen Axialventilators mit einer Nabe und mindestens einer Schaufel zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Schaufel lösbar mit der Nabe wirkverbindbar ist. Durch die lösbare Verbindungsmöglichkeit von Schaufel und Nabe ist das Nachleitrad modular aufgebaut. Je nach Betriebspunkt des Axialventilators können mehr oder weniger Schaufeln eingesetzt werden. Das Nachleitrad kann dabei auch eine Vielzahl von Schaufeln aufweisen. Auch die Schaufelgeometrie ist einfach austauschbar. Darüber hinaus werden für verschiedene Baugrößen von Ventilatoren, d.h. für Ventilatoren mit unterschiedlichen Laufraddurchmessern, unterschiedliche Nachleiträder benötigt. Durch den modularen Aufbau kann die Nabe des Nachleitrads für unterschiedliche Baugrößen von Ventilatoren verwendet werden, indem verschiedene Nachleitschaufeln an der Nabe befestigt werden. So wird die Stückzahl der Naben erhöht, was durch Stückzahleffekte zu geringeren Teilekosten und Investitionskosten führt. Durch die Mehrteiligkeit des Nachleitrads wird die Größe der einzelnen Teile reduziert, was zu geringeren Werkzeugkosten führt und den Spritzgussprozess erleichtert. Ebenfalls werden Verpackung, Lagerung, Transport und Handling erheblich erleichtert.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Nabe einen Nabentopf mit einem Nabenboden, einer inneren umlaufenden Wandung und einer äußeren umlaufenden Wandung ausbildet, wobei der Nabentopf eine Öffnung im Nabenboden aufweist. Insbesondere wenn sich die Öffnung im tiefsten Punkt des Nabentopfes befindet, wird verhindert, dass sich Wasser im Nabentopf ansammeln kann. Darüber hinaus lässt sich durch die Öffnung optisch kontrollieren, ob die beispielsweise formschlüssige Verbindung zwischen der mindestens einen Nachleitschaufel und der Nabe richtig gefügt wurde.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Schaufel werkzeuglos mit der Nabe wirkverbindbar ist. Dabei kann die mindestens eine Schaufel kraft- und/oder formschlüssig mit der Nabe wirkverbindbar sein. Beispielsweise ist eine Wirkverbindung der mindestens einen Schaufel mit der Nabe über eine spezielle Geometrie an der nabenseitigen Stirnseite der mindestens einen Schaufel und dem entsprechenden Gegenstück dieser Geometrie am Außenumfang der Nabe möglich. Diese spezielle Geometrie kann vorteilhafterweise als Schwalbenschwanzführung ausgeführt sein.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Wirkverbindung der mindestens einen Schaufel an der Nabe zusätzlich sicherbar ist. Beispielsweise kann die mindestens eine Schaufel an der Nabe zusätzlich verrastbar sein. Dies kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, indem die Schaufel eine Führung aufweist, mit der sie in die Nabe einschiebbar ist. Hierzu weist die Nabe an ihrem äußeren Umfang ebenfalls entsprechende Führungen auf. Diese Führung kann auf ihrer Innenseite, d.h. ihrer der Mittelachse des Axialventilators zuwandten Seite, einen zu dieser Seite hin gerichteten Rasthaken aufweisen, der hinter einer entsprechenden Kante der Nabe verrastbar ist. Die Führung kann zur Erhöhung der Flexibilität einen Schlitz aufweisen, wodurch die erforderliche Fügekraft minimiert wird. Durch die Verrastung wird eine sichere Verbindung zwischen Schaufel und Nabe des Nachleitrads hergestellt.

Erfindungsgemäß weist die Nabe an der inneren umlaufenden Wandung einen zur Mittelachse, d.h. zur Rotationsachse des Laufrads hin gerichteten Anschlag auf.

Ein erfindungsgemäßer Axialventilator weist ein von einem Elektromotor antreibbares Laufrad, einen Diffusor, ein Nachleitrad, eine Tragestruktur und mindestens einen umlaufenden Ring auf, wobei die Tragestruktur und der mindestens eine umlaufende Ring in Strömungsrichtung hinter dem Laufrad angeordnet sind und wobei das Nachleitrad an dem mindestens einen umlaufenden Ring befestigbar ist. Der Axialventilator kann über einen Wandring in eine entsprechende Öffnung in einer Wand eingebaut werden. Die Tragestruktur stellt dann die Verbindung zwischen dem Wandring und dem Elektromotor her und haltert den Elektromotor und damit das Laufrad in dem Wandring. An der Tragestruktur können ein oder mehrere umlaufende konzentrische Ringe oder mindestens ein spiralförmiger Ring befestigt sein, worüber ein Berührschutz in Form eines Schutzgitters für das Laufrad und/oder elektrische Teile des Motors gegeben sein kann. Alternativ kann der Berührschutz, falls erforderlich, durch eine separate Schutzeinrichtung gewährleistet werden.

Ein Nachleitrad erhöht den Spitzenwirkungsgrad eines Axialventilators im hohen Druckbereich der Ventilatorenkennlinie. Bei niedrigen Gegendrücken und hohen Volumenströmen ist die Effizienz eines Ventilators mit Nachleitrad jedoch geringer. Das erfindungsgemäße Nachleitrad ist optional integrierbar, wenn es für den jeweiligen Einsatzbereich sinnvoll ist. An den bestehenden Bauteilen ist keine Veränderung notwendig, um das Nachleitrad befestigen zu können.

Erfindungsgemäß weist die mindestens eine Schaufel in einem der Nabe abgewandten Bereich ein Verbindungselement auf. Über das Verbindungselement ist das Nachleitrad an der Tragestruktur und/oder dem Schutzgitter befestigbar. Dabei trägt die Tragestruktur und/oder das Schutzgitter zur Stabilität des Nachleitrads bei.

Vorteilhaft ist das Nachleitrad werkzeuglos an dem mindestens einen umlaufenden Ring befestigbar. Dadurch ist das Nachleitrad besonders einfach an dem Axialventilator anbringbar, wenn es der Betriebspunkt erfordert, und auch wieder entfernbar, wenn in einem anderen Betriebspunkt das Nachleitrad nicht erforderlich ist. In einer bevorzugten Ausführung kann das Nachleitrad mittels des Verbindungselements form- und/oder kraftschlüssig an dem mindestens einen umlaufenden Ring befestigbar sein. Möglich ist eine solche Befestigung beispielsweise über eine elastisch-plastische Verformung des Verbindungselements. Dabei wird das Verbindungselement teilweise elastisch, teilweise aber auch plastisch verformt.

Erfindungsgemäß weist die Tragestruktur auf ihrer der Rotationsachse des Laufrads zugewandten Seite einen Flanschring auf, wobei das Nachleitrad mit dem Flanschring kraft- und/oder formschlüssig wirkverbindbar ist. Konkret ist das Nachleitrad über einen Rasthaken mit dem Flanschring wirkverbunden. Durch diese Verbindung wird die Gestaltfestigkeit des Nachleitrads zusätzlich erhöht.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Anschlag der Nabe mit dem Flanschring der Tragestruktur und dem Rasthaken im eingebauten Zustand derart zusammenwirkt, dass die axiale Position des Nachleitrads fixiert ist. Der Anschlag kann labyrinthartig ausgestaltet sein. Dadurch reduziert der Anschlag die Leckageströmung im Anbindungsbereich. Der Anschlag ist lediglich im Bereich der Rasthaken aus fertigungstechnischen Gründen unterbrochen.

Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen dem Diffusor und der mindestens einen Schaufel ein Spalt in Umfangsrichtung gebildet ist. Alternativ kann die mindestens eine Schaufel mit ihrer in Umfangsrichtung weisenden Stirnseite den Diffusor auch berühren.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

Von den Abbildungen zeigt:

• Fig. 1 ein Nachleitrad eines erfindungsgemäßen Axialventilators in einer dreidimensionalen Darstellung
• Fig. 2 einen Ausschnitt eines Nachleitrades eines erfindungsgemäßen Axialventilators in einem Schnitt
• Fig. 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Axialventilators mit montiertem Nachleitrad in einer Schnittdarstellung
• Fig. 4 einen weiteren Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Axialventilators mit montiertem Nachleitrad in einer Schnittdarstellung

Fig. 1 zeigt ein Nachleitrad 20 in einer dreidimensionalen Darstellung. Das Nachleitrad 20 weist eine Nabe 5 und eine Vielzahl von Schaufeln 4 auf. Die Nabe 5 weist an ihrem inneren Umfang einen umlaufenden Anschlag 14 und über den Umfang verteilt Rasthaken 12 auf. Die Schaufeln 4 weisen an ihrer der Mittelachse 2a der Nabe zugekehrten Stirnseite Führungen 4a auf, mit denen sie am äußeren Umfang der Nabe 5 in dort vorhandene Führungen 5e (in dieser Fig. nicht erkennbar) eingesteckt sind. Insbesondere lassen sich die Schaufeln 4 auf diese Weise werkzeuglos mit der Nabe 5 verbinden. Weiterhin weisen die Schaufeln 4 in einem Bereich an ihrer der Mittelachse 2a der Nabe abgewandten Seite jeweils ein Verbindungselement 10 auf.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Nachleitrads in einem Schnitt. Eine Schaufel 4 ist mit ihrer Führung 4a in die entsprechende Gegengeometrie, die Führung 5e der Nabe 5, eingeschoben. Die Führungen 4a und 5e sind als Schwalbenschwanzführung ausgeführt. Die Nabe 5 weist einen Nabenboden 5b, eine innere umlaufende Wandung 5c und eine äußere umlaufende Wandung 5d auf und bildet einen Nabentopf 5a aus. In dem nackten Boden 5b befindet sich eine Öffnung 6, durch die Wasser, das sich in dem nackten Topf 5a sammeln könnte, abfließen kann. Die Führung 5e befindet sich in der äußeren umlaufenden Wandung 5d. Die Führung 4a der Schaufel 4 weist einen zum Nabenboden 5b hin geöffneten Schlitz 4b auf. Durch diesen Schlitz 4b ist die Flexibilität der Führung 4a erhöht. Die Führung 4a weist an ihrem dem Nabenboden 5b zugewandten Ende einen Rasthaken 9 auf. Dieser Rasthaken 9 schnappt bei vollständigem Einschieben der Führung 4a der Schaufel 4 in die Führung 5e der Nabe hinter die Wandung der Führung 5e und sichert so die Schaufel 4 in der Nabe 5. Die innere umlaufende Wandung 5c weist einen zur Mittelachse 2a hin gerichteten Anschlag 14 auf.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Axialventilators mit montiertem Nachleitrad 20 in einer Schnittdarstellung. Der Axialventilator weist ein von einem Elektromotor antreibbares Laufrad 2, einen Diffusor 3, ein Nachleitrad 20, eine Tragestruktur 11b und mindestens einen umlaufenden Ring 11a1 auf, wobei die Tragestruktur 11b und der mindestens eine umlaufende Ring 11a1 in Strömungsrichtung hinter dem Laufrad angeordnet sind und wobei das Nachleitrad 20 an dem mindestens einen umlaufenden Ring 11a1a befestigbar ist. Der Axialventilator kann über den Wandring 1 in eine entsprechende Öffnung in einer Wand eingebaut werden. Die Tragestruktur 11b stellt dann die Verbindung zwischen dem Wandring 1 und dem Elektromotor her und haltert den Elektromotor und damit das Laufrad 2 in dem Wandring 1. An der Tragestruktur 11b sind ein oder mehrere umlaufende konzentrische Ringe 11a befestigt, worüber ein Berührschutz in Form eines Schutzgitters für das Laufrad 2 und/oder elektrische Teile des Motors gegeben ist.

Das Nachleitrad 20 ist optional integrierbar, d.h. es kann an dem Axialventilator angebracht werden, wenn es für den jeweiligen Einsatzbereich sinnvoll ist. Für einen anderen Betriebspunkt kann das Nachleitrad 20 aber auch wieder leicht entfernt werden. Insbesondere kann das Nachleitrad 20 werkzeuglos angebracht und wieder entfernt werden. An den bestehenden Bauteilen ist keine Veränderung notwendig, um das Nachleitrad 20 befestigen zu können. Über das Verbindungselement 10 ist das Nachleitrad 20 an der Tragestruktur 11b über den mindestens einen umlaufenden Ring 11a1 befestigbar. Dabei trägt die Tragestruktur 11b zur Stabilität des Nachleitrads 20 bei. Das Nachleitrad 20 ist mittels des Verbindungselements 10 form- und kraftschlüssig an dem mindestens einen umlaufenden Ring 11a1 befestigbar, indem das gabelförmige Befestigungselement 10 auf den mindestens einen umlaufenden Ring 11a1 aufgesteckt wird. Dabei wird das Verbindungselement 10 teilweise elastisch, teilweise aber auch plastisch verformt.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Axialventilators mit montiertem Nachleitrad 20 in einer Schnittdarstellung.

Die Tragestruktur 11b weist auf ihrer der Rotationsachse 2a des Laufrads 2 zugewandten Seite einen Flanschring 11c auf, wobei das Nachleitrad 20 mit dem Flanschring über einen Rasthaken 12 wirkverbunden ist. Durch diese Verbindung wird die Gestaltfestigkeit des Nachleitrads 20 zusätzlich erhöht.

Die Nabe 5 ist bis zu dem Anschlag 14 der inneren umlaufenden Wandung 5c auf die Tragestruktur 11b gedrückt, wobei die innere umlaufende Wandung 5c auf den Flanschring 11c der Tragestruktur 11b aufschnappt. Dadurch ist die axiale Position des Nachleitrads 20 fixiert. Der Anschlag 14 ist labyrinthartig ausgestaltet, wodurch sich die Leckageströmung im Anbindungsbereich reduziert. Der Anschlag 14 ist lediglich im Bereich der Rasthaken 12 aus fertigungstechnischen Gründen unterbrochen.

Zwischen dem Diffusor 13 und der mindestens einen Schaufel 4 ist ein Spalt 13 in Umfangsrichtung gebildet.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst, welcher ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt ist.

1

Wandring

2

Laufrad

2a

Rotationsachse des Laufrads, Mittelachse

3

Diffusor

4

Schaufel

4a

Führung

4b

Schlitz

5

Nabe

5a

Nabentopf

5b

Nabenboden

5c

innere umlaufende Wandung

5d

äußere umlaufende Wandung

5e

Führung

6

Öffnung

7

Rotor

8

Stator

9

Rasthaken

10

Verbindungselement

11a

Ring

11a1

umlaufender Ring

11b

Tragestruktur

11c

Flanschring

12

Rasthaken

13

Spalt

14

Anschlag

20

Nachleitrad