DE202007005784U1

DE202007005784U1 - Lüftungseinheit zur Fremdbelüftung eines Elektromotors

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Publication number: DE202007005784U1
Application number: DE200720005784
Authority: DE
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2007-04-21
Filing date: 2007-04-21
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: EP2149192A2; WO2008128797A3; WO2008128797A2

Abstract

Lüftungseinheit, insbesondere zur Fremdbelüftung von Elektromotoren, bestehend aus einem Elektromotor (1) mit einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor (4) mit einer Motorwelle (5) und einem Stator (3) und einem Einlassgitter (9), wobei der Elektromotor (1) in einem am Einlassgitter (9) zentrisch angeordneten Aufnahmeteil (7) zumindest teilweise gelagert ist und das Aufnahmeteil (7) mittels eines Lagerschildes (8) an seinem Lüftungsgitter fernen Ende verschlossen ist sowie die Motorwelle (5) durch das Lagerschild (8) nach außen verläuft und an ihrem freien Ende ein Lüfterrad (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (2) als Diagonal-Lüfterrad ausgebildet sowie zwischen dem Lüfterrad (2) und dem Einlassgitter (9) ein als Einlassdüse ausgebildetes, das Aufnahmeteil (7) umfassendes Gehäuseteil (16) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftungseinheit, insbesondere zur Fremdbelüftung von Elektromotoren, bestehend aus einem Elektromotor mit einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor mit einer Motorwelle und einem Stator und einem Einlassgitter, wobei der Elektromotor in einem am Einlassgitter zentrisch angeordneten Aufnahmeteil zumindest teilweise gelagert ist, und das Aufnahmeteil mittels eines Lagerschildes an seinem Einlassgitter fernen Ende verschlossen ist sowie die Motorwelle durch das Lagerschild nach außen verläuft und an ihrem freien Ende ein Lüfterrad befestigt ist.
Eine derartige Lüftungseinheit ist aus der DE 198 03 441 C1 bekannt. Bei dieser Lüftungseinheit ist das Lüfterrad als Axiallüfterrad ausgebildet, so dass der Luftstrom vom Eintritt in das Einlassgitter bis zum Austritt aus dem Axiallüfterrad in axialer Richtung verläuft. Diese Lüftungseinheit erzeugt jedoch relativ große Strömungsgeräusche und besitzt einen geringen Wirkungsgrad.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lüftungseinheit der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dass sie sich durch niedrige Strömungsgeräusche und einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Lüfterrad als Diagonal-Lüfterrad ausgebildet sowie zwischen dem Lüfterrad und dem Einlassgitter ein als Einlassdüse ausgebildetes, das Aufnahmeteil umfassendes Gehäuseteil angeordnet ist. Durch die Anordnung einer Einlassdüse zwischen dem Einlassgitter und dem Lüfterrad erfolgt eine in Bezug auf Strömungsverluste optimierte Strömungsführung und eine Druckerhöhung im Einlassbereich des Lüfterrades. Durch den Einsatz eines Diagonal-Lüfterrades erfolgt eine weitere Druckanhebung im Auslassbereich. Hierdurch kann erfindungsgemäß mit kleinem Volumenstrom gearbeitet werden, wodurch die Geräuschentwicklung erheblich reduziert wird und es kann etwa eine konstante Drehzahl über den gesamten Betriebsbereich eingehalten werden.
Aus der DE 101 50 347 A1 ist es bekannt, an den zu kühlenden Elektromotor unmittelbar zur Lüftung ein Diagonal-Lüfterrad anzukoppeln. Hierdurch ist jedoch nur eine von der Drehzahl des Elektromotors abhängige Kühlung möglich, und diese Anordnung ermöglicht keine optimale Führung des Lüftungsmediums.
Aus der DE 24 06 489 ist eine Fremdbelüftung mittels eines Radiallüfters bekannt. Hierbei ist jedoch ein relativ kleiner Einlassquerschnitt des Einlassgitters vorgegeben und zudem muss die radial ausströmende Luft innerhalb der Lüfterhaube axial umgelenkt werden, wodurch Strömungsverluste entstehen.
Entsprechendes gilt auch in Bezug auf die DE 42 22 131 C3 , wobei jedoch im Strömungsweg vorhandene Motorhalterungen zusätzlich zu Verlusten und Geräuschbildung führen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
An Hand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lüftungseinheit,
2 eine Frontalansicht gemäß Pfeil II in 1,
3 einen Schnitt eines Lüfterrades einer erfindungsgemäßen Lüftungseinheit gemäß 1,
4 eine Ansicht eines eine Einlassdüse bildenden Gehäuseteils gemäß der Erfindung und
5 eine Ansicht gemäß Pfeil V in 3.
Wie in 1 dargestellt ist, besteht eine erfindungsgemäße Lüftungseinheit aus einem Elektromotor 1 und einem mit diesem verbundenen und von diesem angetriebenen Lüfterrad 2. Der Elektromotor 1 ist als Innenläufer ausgebildet und besteht aus einem äußeren Stator 3 sowie einem in diesem drehbar gelagerten Rotor 4. Zur drehbaren Lagerung des Rotors 4 weist dieser eine Motorwelle 5 auf, die mittig durch den Rotor 4 verläuft und die in einem den Elektromotor 1 umschließenden Gehäuse 6 gelagert ist. Das Gehäuse 6 besteht aus zwei Teilen, und zwar einem Aufnahmeteil 7 und einem mit dem Aufnahmeteil 7 verbindbaren Lagerschild 8. In Strömungsrichtung X eines durch die Lüftungseinheit erzeugten Luftstromes ist vor dem Elektromotor 1 ein Einlassgitter 9 angeordnet. Dieses Einlassgitter 9 besitzt, wie dies in 2 dargestellt ist, eine kreisförmige Umfangskontur und das Aufnahmeteil 7 ist hierzu konzentrisch angeordnet. Hierbei bilden das Aufnahmeteil 7 und das Einlassgitter 9 eine Einheit, so dass sie einstückig ausgebildet sind. Die Motorwelle 5 ist in einem Lageransatz 11 mittels eines Lagers 12 gelagert. Die Motorwelle 5 läuft durch das Lagerschild 8 hindurch und trägt an ihrem freien Ende das Lüfterrad 2. In dem Lagerschild 8 ist die Motorwelle 5 in einem Lagerfortsatz 13 mittels eines Lagers 14 gelagert. Gleichzeitig ist die Motorwelle 5 in diesem Lagerfortsatz 13 nach außen über eine Dichtungseinheit 15 abgedichtet, die auch den Spalt zum Innenraum des Gehäuses 6 abdichtet. Das Lagerschild 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel napfförmig ausgebildet, so dass von dem Lagerschild 8 ein hohlzylindrischer Innenraum umfasst wird, der zur Aufnahme eines Teils des Elektromotors 1 dient. Das Lagerschild 8 ist mit dem Aufnahmeteil 7 vorzugsweise mittels Schraubverbindungen stirnseitig abgedichtet verbunden.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß das Lüfterrad 2 als Diaginal-Lüfterrad ausgebildet und zwischen dem Lüfterrad 2 und dem Einlassgitter 9 ist ein als Einlassdüse ausgebildetes, das Aufnahmeteil 7 umfassendes Gehäuseteil 16 angeordnet. Die Einlassdüse 16 weist eine insbesondere kreisförmige Ausströmöffnung 17 auf, die innerhalb einer Einlassöffnung 18 des Lüfterrades 2 liegt, so dass die Einlassdüse 16 mit ihrer Ausströmöffnung 17 innerhalb des Lüfterrades 2 endet. Hierdurch wird zwischen der Einlassöffnung 18 und dem Ende der Einlassdüse 16 ein Ringspalt 19 mit geringer Spaltweite ausgebildet. Das Gehäuseteil 16 (Einlassdüse) besitzt eine ebenfalls kreisförmige Einströmöffnung 20, deren lichte Weite im Wesentlichen der lichten Weite einer im Einlassgitter 9 ausgebildeten Einlassöffnung 21 entspricht. Auf Grund dieser Ausgestaltung des Gehäuseteils 16 (Einlassdüse) verjüngt sich das Gehäuseteil 16 von seiner Einströmöffnung 20 hin zur Ausströmöffnung 17. Siehe hierzu auch 4. Hierzu besteht die Gehäusewandung des Gehäuseteils 16 aus einem von der Einströmöffnung 20 aus axial verlaufenden Wandungsabschnitt 16a und einem sich daran anschließenden im Wesentlichen radial bzw. schräg in Richtung auf die Motorwelle 5 verlaufenden Wandungsabschnitt 16b sowie einem in der Ausströmöffnung 17 endenden axial verlaufenden Abschnitt 16c. Hierbei ist die Kontur der Gehäusewandung des Gehäuseteils 16 derart geformt, dass möglichst geringe Strömungsverluste auftreten. Das Gehäuseteil 16 (Einlassdüse) ist an dem Einlassgitter 9 spaltfrei befestigt.
Das Einlassgitter 9, siehe 2, besteht aus einem zentrischen, geschlossenen Abdeckabschnitt 22, an dem radial nach außen verlaufende Speichen 23 ausgebildet sind. Die Speichen 23 enden in einem kreisförmigen Tragring 24. Die vorzugsweise in gleichen Abständen zueinander angeordneten Speichen 23 sind ihrerseits durch konzentrisch zum Tragring 24 verlaufende Streben 25 miteinander verbunden. Eine der Speichen 23 ist als Kabelkanal 26 ausgebildet, so dass ein elektrisches Anschlusskabel 27 von außen in den Elektromotor 1 eingeführt werden kann.
Die einstückige Ausbildung des Einlassgitters 9 und des Aufnahmeteils 7 ermöglicht eine effektive Kühlung des Elektromotors 1.
Am äußeren Ende des Kabelkanals 26 ist am Tragring 24 eine Trägerplatte 28 angeformt, die sich parallel zur Motorwelle 5 in axialer Richtung erstreckt. Auf der Trägerplatte 28 ist eine Klemmenhaube 29 lösbar befestigt. Die Klemmenhaube 29 enthält die zum Anschluss der erfindungsgemäßen Löftungseinheit erforderlichen Anschlussklemmen sowie die für die Steuerung des Elektromotors 1 erforderlichen elektronischen Bauteile.
Wie bereits ausgeführt, ist das Lüfterrad 2 als Diagonal-Lüfterrad ausgebildet. Hierdurch wird innerhalb des Rades von seiner Einlassöffnung 18 zu seiner Ausblasöffnung 34 ein im Wesentlichen schräg zur Längsachse der Lüftungseinheit verlaufender Luftstrom erzeugt, was durch die Pfeile Y in 1 angedeutet ist. Das Lüfterrad 2 besteht aus einer Bodenscheibe 30, die kreisförmig ausgebildet ist, und die mittig einen Ansatz 31 aufweist, in dem die Motorwelle 5 befestigt ist. An der Bodenscheibe 30 sind Radschaufeln 32 ausgebildet, die mit ihren der Bodenscheibe 30 gegenüberliegenden Enden in einer Deckscheibe 33 enden, der nach außen den ins Lüfterrad 2 ausgebildeten Strömungskanal begrenzt. Wie aus 3 ersichtlich, ist der Durchmesser der Bodenscheibe 30 kleiner als die Einlassöffnung 18 ausgeführt, so dass das Lüfterrad 2 vorteilhafterweise als einteiliges Lüfterrad preisgünstig gefertigt werden kann.
Wie weiterhin aus 1 erkennbar ist, ist die erfindungsgemäße Lüftungseinheit auf eine Lüfterhaube 35, die hohlzylindrisch ausgebildet ist, und die zu einem im Prinzip dargestellten fremdbelüfteten Elektromotor 36 gehört, stirnseitig aufsetzbar.
Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass in einem Deckscheibenbereich 36 der Einlassöffnung 18 der Deckscheibe 33 des Lüfterrades 2 stirnseitig Aufnahmetaschen 38 zur Aufnahme von Wuchtgewichten ausgebildet sind. Diese Aufnahmetaschen 38 sind, wie aus 5 zu ersehen ist, in kurzen Abständen umfangsgemäß ausgebildet. Weitere Aufnahmetaschen 39 zur Aufnahme von Wuchtgewichten sind am anderen Ende der Deckscheibe 33 derart ausgebildet, dass sie gleichgerichtet zu den Aufnahmetaschen 38 verlaufen und ebenfalls in großer Anzahl in kurzen Abständen umfangsgemäß angeordnet sind. Auf Grund dieser Ausbildung der Aufnahmetaschen 38, 39 für Wuchtgewichte wird eine leichte Bestückung der Aufnahmetaschen 38, 39 mit Wuchtgewichten möglich, und zwar von derselben Seite des Lüfterrades für beide Aufnahmetaschen 38, 39. Die Ausbildung ermöglicht ein Wuchten in zwei Ebenen. Beispielsweise sind die äußeren Aufnahmetaschen 39 in einer Anzahl von 90 und die inneren Aufnahmetaschen 38 mit einer Anzahl von 66 Stück im dargestellten Ausführungsbeispiel vorhanden.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Lüftungseinheit gewährleistet geringe Strömungsgeräusche und ermöglichst eine effektive Fremdkühlung eines fremdbelüfteten Elektromotors 36. Der Elektromotor 1 der erfindungsgemäßen Lüftungseinheit kann auch in Abhängigkeit von der Temperatur drehzahlgeregelt sein. Der erfindungsgemäß verwendete Elektromotor kann beispielsweise ein geregelter Gleichstrommotor sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkende Mittel. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19803441 C1 [0002]
- DE 10150347 A1 [0005]
- DE 2406489 [0006]
- DE 4222131 C3 [0007]

Claims

Lüftungseinheit, insbesondere zur Fremdbelüftung von Elektromotoren, bestehend aus einem Elektromotor (1) mit einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor (4) mit einer Motorwelle (5) und einem Stator (3) und einem Einlassgitter (9), wobei der Elektromotor (1) in einem am Einlassgitter (9) zentrisch angeordneten Aufnahmeteil (7) zumindest teilweise gelagert ist und das Aufnahmeteil (7) mittels eines Lagerschildes (8) an seinem Lüftungsgitter fernen Ende verschlossen ist sowie die Motorwelle (5) durch das Lagerschild (8) nach außen verläuft und an ihrem freien Ende ein Lüfterrad (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (2) als Diagonal-Lüfterrad ausgebildet sowie zwischen dem Lüfterrad (2) und dem Einlassgitter (9) ein als Einlassdüse ausgebildetes, das Aufnahmeteil (7) umfassendes Gehäuseteil (16) angeordnet ist.
Lüftungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Einlassdüse bildende Gehäuseteil (16) mit seiner Ausströmöffnung (17) innerhalb einer Einlassöffnung (18) des Lüfterrades (2) endet.
Lüftungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einlassöffnung (18) und dem die Ausströmöffnung (17) umfassenden Abschnitt der Einlassdüse (16) ein Ringspalt mit geringer Spaltweite ausgebildet ist.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Einlassdüsebildende Gehäuseteil (16) eine Einströmöffnung (20) besitzt, deren lichte Weite im Wesentlichen der lichten Weite einer Einlassöffnung (21) des Einlassgitters (9) entspricht.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Einlassdüsebildende Gehäuseteil (16) an dem Einlassgitter (9) spaltfrei befestigt ist.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassgitter (9) aus einem zentrischen geschlossenen Abdeckabschnitt (22) und von diesem radial nach außen verlaufenden Speichen (23) besteht, wobei die Speichen (23) in einem äußeren umlaufenden Tragring (24) enden und die Speichen (23) durch insbesondere konzentrisch zum Tragring (24) verlaufende Streben (25) miteinander verbunden sind.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Speichen (23) ein Kabelkanal (26) zur Aufnahme eines elektrischen Anschlusskabels (27) für den Elektromotor (1) ausgebildet ist.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Ende der als Kabelkanal (26) ausgebildeten Speichen (23) am Tragring (24) eine Trägerplatte (28) angeformt ist, die sich parallel zur Motorwelle (5) erstreckt und zur Befestigung einer Klemmhaube (29) dient.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (8) anseiner Innenseite einen Lagerfortsatz (13) zur Aufnahme eines Lagers (14) für die Motorwelle (5) aufweist.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckabschnitt (22) des Einlassgitters (9) an seiner Innenseite dem Lagerfortsatz (13) gegenüberliegend einen Lageransatz (11) zur Aufnahme eines Lagers (12) für die Motorwelle (5) aufweist.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (8) napfförmig ausgebildet ist und einen Teil des Elektromotors (1) aufnimmt.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (2) vonseiner Einlassöffnung (18) zu seiner Auslassöffnung (29) einen im Wesentlichen schräg zur Längsachse der Lüftungseinheit verlaufenden Luftstrom erzeugt, und aus einer Bodenscheibe (30), die kreisförmig ausgebildet ist, besteht, die mittig einen Ansatz (31) aufweist, in dem die Motorwelle (5) befestigt ist.
Lüftungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bodenscheibe (30) Radschaufeln (32) ausgebildet sind, die mit ihren der Bodenscheibe (30) gegenüberliegenden Enden in einer Deckscheibe (33) enden, der nach außen den im Lüfterrad (2) ausgebildeten Strömungskanal begrenzt.
Lüftungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Lüfterhaube (35), die hohlzylindrisch ausgebildet ist, und die mit einem fremdbelüfteten Elektromotor (36) verbunden und auf die das Einlassgitter (9) stirnseitig aufsetzbar ist.
Lüfterrad (2), insbesondere Diagonal-Lüfterrad, mit einer Bodenscheibe (30), die kreisförmig ausgebildet ist, und die mittig einen Ansatz (31) aufweist, in dem eine Motorwelle (5) befestigbar ist, wobei an der Bodenscheibe (30) Radschaufeln (32) ausgebildet sind, die mit ihren der Bodenscheibe (30) gegenüberliegenden Enden in einer Deckscheibe (33) enden, der nach außen den im Lüfterrad (2) ausgebildeten Strömungskanal begrenzt, insbesondere zur Verwendung in einer Lüftungseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wandungsbereich (36) der Deckscheibe (33), der eine Einlassöffnung (18) des Lüfterrades umfasst, stirnseitig Aufnahmetaschen (38) zur Aufnahme von Wuchtgewichten ausgebildet sind.
Lüfterrad (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmetaschen (38) in kurzen Abständen umfangsgemäß ausgebildet sind.
Lüfterrad (2) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Aufnahmetaschen (39) zur Aufnahme von Wuchtgewichten am anderen Ende der Deckscheibe (33) derart ausgebildet sind, dass sie gleichgerichtet zu den Aufnahmetaschen (38) verlaufen und ebenfalls in großer Anzahl in kurzen Abständen umfangsgemäß angeordnet sind.