AXIALVENTILATOR MIT BYPASSKANAL IM ELEKTRONIKGEHÄUSE

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Axialventilator (1) mit einem Motor (2) und einem über den Motor (2) antreibbaren und um eine Rotationsachse (RA) rotierbaren Ventilatorrad (3), das den Motor (2) radial außenseitig umschließend angeordnet ist und im Betrieb einen Ausblasluftstrom von einer Saugseite (S) zu einer Druckseite (D) erzeugt, wobei axial angrenzend an dem Motor (2) eine Motorelektronik (4) in einem Elektronikgehäuse (8) aufgenommen angeordnet ist, wobei in dem Elektronikgehäuse (8) mindestens ein durchgängiger Bypasskanal (9) ausgebildet ist, der sich von einer Einströmöffnung (7) an einer dem Ventilatorrad (3) gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Elektronikgehäuses (8) in axialer Richtung bis zu der Motorelektronik (4) erstreckt und anschließend nach radial außen entlang der Motorelektronik (4) bis zu einer radialen Ausströmöffnung (6) an dem Elektronikgehäuse (8) verläuft, und wobei die Ausströmöffnung (6) auf der Druckseite oder angrenzend zur Druckseite ausgebildet ist, so dass der Ausblasluftstrom des Ventilatorrads (3) in einem an die Ausströmöffnung (6) angrenzenden Abschnitt des Bypasskanals (9) einen Unterdruck erzeugt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Axialventilator mit Bypasskanal im Elektronikgehäuse zur Kühlung der Motorelektronik.

[0002] Die Wärmeentwicklung an der Motorelektronik des Elektromotors eines Ventilators ist problematisch und begrenzt die verfügbare Leistung und Lebensdauer. Deshalb werden bereits im Stand der Technik Maßnahmen zur Kühlung der Motorelektronik vorgesehen, beispielsweise durch Vergrößerung der Oberfläche der angrenzenden Bauteile oder die Erhöhung des Materialaufwands, d.h. Vergrößerung der Wandstärke des Elektronikgehäuses, um mehr Wärme aufnehmen zu können. Hierdurch steigt jedoch das Gewicht. Alternative werden Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, die jedoch teurer sind.

[0003] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator bereit zu stellen, der eine verbesserte Kühlung der Motorelektronik bei möglichst geringem und kostengünstigem Materialaufwand aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

[0005] Erfindungsgemäß wird ein Axialventilator mit einem Motor und einem über den Motor antreibbaren und um eine Rotationsachse rotierbaren Ventilatorrad vorgeschlagen, das den Motor radial außenseitig umschließend angeordnet ist und im Betrieb einen Ausblasluftstrom von einer Saugseite zu einer Druckseite erzeugt. Axial angrenzend an dem Motor ist eine Motorelektronik in einem Elektronikgehäuse aufgenommen angeordnet. In dem Elektronikgehäuse ist mindestens ein durchgängiger Bypasskanal ausgebildet, der sich von einer Einströmöffnung an einer dem Ventilatorrad gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Elektronikgehäuses in axialer Richtung bis zu der Motorelektronik erstreckt und anschließend nach radial außen entlang der Motorelektronik bis zu einer radialen Ausströmöffnung an dem Elektronikgehäuse verläuft. Die Ausströmöffnung ist auf der Druckseite oder angrenzend zur Druckseite ausgebildet, so und in einem an die Ausströmöffnung angrenzenden Abschnitt des Bypasskanals einen Unterdruck erzeugt.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der von dem Ventilatorrad erzeugte Ausblasluftstrom doppelt genutzt. Zum einen wird in einer Ausführung durch den Bernoulli-Effekt durch das Vorbeiströmen an der Ausströmöffnung im Bypasskanal ein Unterdruck erzeugt, zum anderen weist jeder Axialventilator eine axiale Rückströmung auf, welche von der Druckseite zurück in Richtung der Saugseite verläuft und somit auf die Einströmöffnung an der dem Ventilatorrad gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Elektronikgehäuses zuströmt. Hierdurch wird ein Kühlluftstrom erzeugt, der gebildet ist durch eine axiale Einströmung in die Einströmöffnung, eine Durchströmung des Bypasskanals und die Ausströmung aus der Ausströmöffnung. Anschließend wird der Kühlluftstrom von dem Ausblasluftstrom des Ventilatorrads in die Umgebung abgefördert. Soweit der Ausblasluftstrom nicht unmittelbar an der Ausströmöffnung vorbeiströmt, wie beispielsweise bei einem radial ausblasenden Axialventilator, wird durch den Ausblasluftstrom gleichwohl ein Druckunterschied erzeugt, der bis in den Bypasskanal hineinwirkt und einen Kühlluftstrom erzeugt.

[0007] Bei dem Axialventilator ist in einer günstigen Ausführungsform vorgesehen, dass die Motorelektronik axial unmittelbar angrenzend an den Motor angeordnet ist und ein Austritt des Ventilatorrads auf der Druckseite in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Radialebene verläuft. Als Austritt des Ventilatorrads ist die dem Elektronikgehäuse zuweisende axiale Randebene des Ventilatorrads definiert.

[0008] Ferner sieht eine Ausführung des Axialventilators vor, dass die Ausströmöffnung an dem Elektronikgehäuse gegenüber dem Ventilatorrad axial beabstandet ist. Vorzugsweise grenzt die Ausströmöffnung an die dem Elektronikgehäuse zuweisende axiale Randebene des Ventilatorrads an.

[0009] Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlluftstroms durch den Bypasskanal weist der Bypasskanal in einer Ausführungsvariante einen düsenförmigen Verlauf von der Einströmöffnung zu der Ausströmöffnung auf. Dabei werden die den Bypasskanal begrenzenden Kanalwände derart ausgerichtet, dass die durchströmbare Querschnittsfläche zur Austrittsöffnung hin zumindest lokal reduziert wird, um das Prinzip der Venturidüse zu verwenden.

[0010] Der Axialventilator ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal in Umfangsrichtung lokal begrenzt im Elektronikgehäuse verläuft. Die Kühlung erfolgt nur bei besonders heißen Bauteilen der Motorelektronik. Im übrigen umfänglichen Abschnitt des Elektronikgehäuses können weitere von dem Bypasskanal unabhängige Komponenten oder Befestigungsmittel vorgesehen werden.

[0011] Eine Weiterbildung des Axialventilators sieht vor, dass in dem Elektronikgehäuse ein Luftleitelement angeordnet ist, das eine sich in Richtung der Ausströmöffnung nach radial außen erstreckende Kanalwand des Bypasskanals bildet. Das Luftleitelement kann eingesetzt werden, um die zunächst in axialer Richtung einströmende Kühlluftströmung in radiale Richtung umzulenken und zur Ausströmöffnung zu führen. Vorzugsweise steht das Luftleitelement gegenüber der Mantelfläche des Elektronikgehäuses ein Stück weit nach radial außen hervor und bildet den Bypasskanal axial einseitig weiter als das Elektronikgehäuse selbst.

[0012] An der Ausströmöffnung ist in einer Ausführung des Axialventilators zudem ein von einer Mantelfläche des Elektronikgehäuses radial vorstehendes Ringelement angeordnet, welches eine Axialseite der Ausströmöffnung begrenzt. Die von dem Ventilatorrad erzeugte Axialströmung trifft auf das Ringelement und vergrößert den Unterdruck an der Ausströmöffnung und beschleunigt mithin die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlluftstroms durch den Bypasskanals. Dies wiederum vergrößert die Wärmeabfuhr.

[0013] In einer die Wirkung noch verstärkenden Weiterbildung weist das Ringelement an seinem radial äußeren Ende einen umlaufenden Axialvorsprung auf, der sich in Richtung des Ventilatorrads erstreckt.

[0014] Bei dem Axialventilator ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass das Ringelement und das Luftleitelement überlappend aneinander anliegen und das Ringelement eine radiale Fortsetzung des Luftleitelements bildet. Der Bypasskanal wird somit axial einseitig aus dem Elektronikgehäuse herausgeführt und steht in direkter Wirkverbindung mit dem von dem Ventilatorrad erzeugten Ausblasluftstrom.

[0015] Ferner ist der Axialventilator in einer weiteren Weiterbildung dadurch gekennzeichnet, dass an dem Elektronikgehäuse in dem Bypasskanal mehrere Kühlrippen ausgebildet sind, die sich radial zur Ausströmöffnung und auf einer Kanalwand des Bypasskanals erstrecken, die an die Motorelektronik angrenzt. Kühlrippen sind eine bekannte Maßnahme zur Wärmeabfuhr. Vorliegend ist besonders günstig, dass die Kühlrippen entlang und im Bypasskanal verlaufen und von dem Kühlluftstrom umströmt werden.

[0016] Das den Bypasskanal begrenzende und den Kühlluftstrom nach radial außen führende Luftleitelement liegt vorzugsweise auf einer axialen Stirnseite der Kühlrippen auf. Dadurch entstehen mehrere in Umfangsrichtung aneinander angrenzende Bypasskanäle.

[0017] Zur Verstärkung der Luftkonvektion umfasst der Axialventilator in einem Ausführungsbeispiel zudem einen die Ausströmöffnung umschließenden Kühlring mit daran angeordneten oder ausgebildeten Schaufeln, der mit dem Motor oder dem Ventilatorrad verbunden ist und im Betrieb radial außenseitig um die Ausströmöffnung rotiert. Die Schaufeln erzeugen eine zusätzliche Ansaugung des Kühlluftstrom aus der Ausströmöffnung des Bypasskanals.

[0018] Der Kühlring ist vorzugsweise axial angrenzend und über einen Strömungsspalt beabstandet zu dem Ringelement angeordnet.

[0019] Bei dem Axialventilator ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektronikgehäuse aus Kunststoff gebildet ist. Die Materialstärke ist bewusst gering gehalten und kann im Spritzguss hergestellt werden. Entgegen der häufigen Praxis der Materialanhäufung werden mittels Kunststoff geringe Wandstärken bereitgestellt, welche eine Förderung der Wärme über den Kühlluftstrom begünstigen. Zudem ist Kunststoff als Werkstoff beispielsweise gegenüber Aluminium kostengünstiger.

[0020] 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 Schnittansicht eines Teils eines Axialventilators in einer ersten Ausführung;

Fig. 2

den Axialventilator aus Figur 1 mit gekennzeichnetem Ausblasluftstrom und Kühlluftstrom;

Fig. 3

eine Schnittansicht eines Teils eines Axialventilators in einer zweiten Ausführung;

Fig. 4

den Axialventilator aus Figur 3 mit gekennzeichnetem Ausblasluftstrom und Kühlluftstrom;

Fig. 5

eine Schnittansicht eines Teils eines Axialventilators in einer dritten Ausführung.

[0021] In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Variante eines Axialventilators 1 mit dem als Außenläufermotor gebildeten Motor 2 und dem daran befestigten Ventilatorrad 3 dargestellt, das mit seiner Nabe den Motor 2 radial außenseitig umschließt. Von der Nabe erstreckt sich eine Vielzahl von in einem Schaufelkranz angeordneten Ventilatorschaufeln 23. Entlang der Rotationsachse gesehen schließt sich axial angrenzend zum Motor 2 die Motorelektronik 4 an, welche von dem Elektronikgehäuse 8 aufgenommen ist. Im Bereich der sich stark erhitzenden Elektronikbauteile der Motorelektronik 4 ist in dem Elektronikgehäuse 8 der durchgängige Bypasskanal 9 ausgebildet, der sich von der Einströmöffnung 7 an der axialen Stirnseite des Elektronikgehäuses 8 zunächst in axialer Richtung bis zu der Motorelektronik 4 erstreckt und anschließend nach radial außen entlang der Motorelektronik 4 (Leiterplatte) bis zu der radialen Ausströmöffnung 6 des Elektronikgehäuses 8 verläuft. Die Einströmöffnung 7 kann als Loch, Löcher, Schlitz oder Aussparung im Elektronikgehäuse 8 ausgebildet sein. Das Elektronikgehäuse 8 überdeckt die Motorelektronik 4 und kapselt diese gegenüber der Umgebung ab. Der Bypasskanal 9 erstreckt sich in Umfangsrichtung nur über den vorbestimmten Teil des Elektronikgehäuses 8, so dass es im Übrigen Abschnitt geschlossen ausgebildet sein kann. Die Ausströmöffnung 6 ist auf der Druckseite D gegenüber dem Austritt 10 des Ventilatorrades 3, d.h. der Austrittsrandebene des Ventilatorrades 3 axial unmittelbar angrenzend oder axial beabstandet, so dass der von der Saugseite S angesaugte und auf der Druckseite D austretende Ausblasluftstrom an der Ausströmöffnung 6 vorbeiströmt und im Bypasskanal 9 einen Unterdruck erzeugt.

[0022] Im Bereich des Bypasskanals 9 ist in dem Elektronikgehäuse 8 das sich plattenförmig senkrecht zur Rotationsachse nach radial außen erstreckende Luftleitelement 13 angeordnet und bildet den oberen Teil der Kanalwand des Bypasskanals 9 in seinem sich nach radial außen erstreckenden Abschnitt. Alle weiteren Kanalwände werden durch das Elektronikgehäuse 8 selbst bereitgestellt. Innerhalb des Bypasskanals 9 verlaufen zudem mehrere durch das Elektronikgehäuse 8 gebildete Kühlrippen 19, wobei in Figur 1 aufgrund der Schnittansicht nur eine Kühlrippe 19 zu erkennen ist. Die Kühlrippen 19 erstrecken in radialer Richtung und bilden jeweils eigene Strömungskanäle innerhalb des Bypasskanals 9. Das Luftleitelement 13 liegt auf den Kühlrippen 19 auf und schließt die Strömungskanäle. Die Kühlrippen 19 grenzen unmittelbar an die Motorelektronik 4 an.

[0023] Radial anschließend an das Luftleitelement 13 ist an der Ausströmöffnung 6 das sich von der äußeren Mantelfläche des Elektronikgehäuses 8 radial vorstehende Ringelement 11 angeordnet, wobei sich das Luftleitelement 13 und das Ringelement 11 abschnittsweise überlappen. Das Ringelement 11 ist einstückig durch das Elektronikgehäuse 8 gebildet und begrenzt die Axialseite der Ausströmöffnung 6 auf der dem Ventilatorrad 3 gegenüberliegenden Axialseite des Bypasskanals 9. Das Ringelement 11 steht in radialer Richtung über die Nabe des Ventilatorrads 3 hervor, so dass das radial äußere freie Ende in dem Ausblasstrom liegt. An dem radial äußeren freien Ende weist das Ringelement 11 einen umlaufenden Axialvorsprung 12 auf, der sich in axialer Richtung auf das Ventilatorrad 3 hin erstreckt.

[0024] In Figur 2 ist der im Betrieb des Axialventilators 1 aus Figur 1 entstehende Kühlluftstrom durch den Bypasskanal 9 durch Pfeile skizziert. Die Bezugszeichen sind in dieser Ansicht zur verbesserten Darstellung entfernt. Durch den Druckunterschied Δp an der Ausströmöffnung und die Rückströmung axial nach dem Axialventilator 1 wird der Kühlluftstrom erzeugt.

[0025] In den Figuren 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsvariante des Axialventilators 1 dargestellt, bei der ein axial ansaugendes und radial ausblasendes Ventilatorrad 3 verwendet wird. Alle Übrigen Merkmale stimmen mit denjenigen aus Figur 1 überein, so dass diese nicht wiederholt werden, jedoch ausdrücklich offenbart sind. Die Druckseite liegt radial außenseitig, jedoch auch angrenzend an die dem Elektronikgehäuse 8 zuweisenden Bereich der Bodenscheibe des Ventilatorrads 3, so wie in Figur 4 gezeigt ebenfalls ein Druckunterschied Δp an der Ausströmöffnung 6 zur Erzeugung des Kühlluftstroms herrscht. Die Pfeile in Figur 4 zeigen den Ausblasstrom und den Kühlluftstrom durch den Bypasskanal 9 entsprechend der Ausführung in den Figuren 1 und 2.

[0026] In Figur 5 ist eine weitere alternative Ausführungsvariante des Axialventilators 1 auf Basis der Lösung gemäß Figur 1 gezeigt. Die Merkmale stimmen mit der Lösung gemäß Figur 1 überein, jedoch wurden die Kühlrippen 19 in dieser Ausführung weggelassen. Zusätzlich ist jedoch der die Ausströmöffnung 6 umschließende Kühlring 14 vorgesehen. Der Kühlring 14 ist mit dem Motor 2 oder dem Ventilatorrad 3 verbunden und rotiert im Betrieb radial außenseitig um die Ausströmöffnung 6. Der Kühlring 14 weist über den Umfang verteilt zur Ausströmöffnung 6 weisende Kühlschaufeln 18 und erzeugt eine Luftkonvektion, welche den Kühlluftstrom durch den Bypasskanal 9 fördert. Zwischen dem Ringelement 11 und dem Kühlring 14 ist ein Strömungsspalt vorgesehen, so dass sich die Wirkung des von radial außen erzeugten Druckunterschieds basierend auf dem Ausblasstrom und der Luftkonvektion durch den Kühlring 14 ergänzen. Der Kühlluftstrom verläuft in gleicher Weise wie in Figur 2 durch die Pfeile gezeigt.

[0027] Der Kühlring 14 ist zwar nur in der Ausführung nach Figur 5 eingesetzt, kann jedoch auch in die Ausführungen gemäß aller anderen Figuren integriert werden.

[0028] Das Elektronikgehäuse 8 ist in allen Ausführungen einstückig aus Kunststoff gebildet und weist zumindest an den die Bypasskanalwände bestimmenden Abschnitten geringe Wandstärken auf, so dass die von der Motorelektronik 4 erzeugte Wärme leicht über den durch den Bypasskanal 9 strömenden Kühlluftstrom abgeführt werden kann.

[0029] In allen Ausführungsbeispielen kann sich die Strömungsquerschnittsfläche von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung verringern, um eine Düsenfunktion bereitzustellen. Die Strömungsquerschnittsfläche kann über die Kanalwände, das Leitelement und die Kühlrippen, soweit vorgesehen, bestimmt werden.

Ansprüche

1. Axialventilator (1) mit einem Motor (2) und einem über den Motor (2) antreibbaren und um eine Rotationsachse (RA) rotierbaren Ventilatorrad (3), das den Motor (2) radial außenseitig umschließend angeordnet ist und im Betrieb einen Ausblasluftstrom von einer Saugseite (S) zu einer Druckseite (D) erzeugt, wobei axial angrenzend an dem Motor (2) eine Motorelektronik (4) in einem Elektronikgehäuse (8) aufgenommen angeordnet ist, wobei in dem Elektronikgehäuse (8) mindestens ein durchgängiger Bypasskanal (9) ausgebildet ist, der sich von einer Einströmöffnung (7) an einer dem Ventilatorrad (3) gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Elektronikgehäuses (8) in axialer Richtung bis zu der Motorelektronik (4) erstreckt und anschließend nach radial außen entlang der Motorelektronik (4) bis zu einer radialen Ausströmöffnung (6) an dem Elektronikgehäuse (8) verläuft, und wobei die Ausströmöffnung (6) auf der Druckseite oder angrenzend zur Druckseite ausgebildet ist, so dass der Ausblasluftstrom des Ventilatorrads (3) in einem an die Ausströmöffnung (6) angrenzenden Abschnitt des Bypasskanals (9) einen Unterdruck erzeugt.

2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (4) axial unmittelbar angrenzend an den Motor (2) angeordnet ist und ein Austritt (10) des Ventilatorrads (3) auf der Druckseite in einer senkrecht zur Rotationsachse (RA) verlaufenden Radialebene verläuft.

3. Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (6) an dem Elektronikgehäuse (8) gegenüber dem Ventilatorrad (3) axial beabstandet ist.

4. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (9) einen düsenförmigen Verlauf von der Einströmöffnung (7) zu der Ausströmöffnung (6) aufweist.

5. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (9) in Umfangsrichtung lokal begrenzt im Elektronikgehäuse (8) verläuft.

6. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektronikgehäuse (8) ein Luftleitelement (13) angeordnet ist, das eine sich in Richtung der Ausströmöffnung (6) nach radial außen erstreckende Kanalwand des Bypasskanals (9) bildet.

7. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausströmöffnung (6) ein von einer Mantelfläche des Elektronikgehäuses (8) radial vorstehendes Ringelement (11) angeordnet ist, welche eine Axialseite der Ausströmöffnung (6) begrenzt.

8. Axialventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (11) an seinem radial äußeren Ende einen umlaufenden Axialvorsprung (12) aufweist, der sich in Richtung des Ventilatorrads (3) erstreckt.

9. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche 7-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (11) und das Luftleitelement (13) überlappend aneinander anliegen und das Ringelement (11) eine radiale Fortsetzung des Luftleitelements (13) bildet.

10. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Elektronikgehäuse (8) in dem Bypasskanal (9) mehrere Kühlrippen (19) ausgebildet sind, die sich radial zur Ausströmöffnung (6) und auf einer Kanalwand des Bypasskanals (9) erstrecken, die an die Motorelektronik (4) angrenzt.

11. Axialventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (13) auf einer axialen Stirnseite der Kühlrippen aufliegt.

12. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, ferner umfassend einen die Ausströmöffnung (6) umschließenden Kühlring (14) mit Schaufeln (18), der mit dem Motor (2) oder dem Ventilatorrad (3) verbunden ist und im Betrieb radial außenseitig um die Ausströmöffnung (6) rotiert.

13. Axialventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring (14) axial angrenzend und über einen Strömungsspalt beabstandet zu dem Ringelement (11) angeordnet ist.

14. Axialventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikgehäuse (8) aus Kunststoff gebildet ist.

Zeichnung