Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator mit einem Lüftergehäuse und einem um eine Drehachse drehbaren Lüfterrad, dem zu seinem Antrieb ein Elektromotor zugeordnet ist.

Einen derartigen Diagonalventilator kennt man aus der DE 4 127 134 A1 der Anmelderin. Das Lüfterrad hat dort die Form eines Kegelstumpfs, auf dessen Kegelfläche die Lüfterflügel angeordnet sind. In seinem Inneren hat es einen hohlzylindrischen Abschnitt, und in diesen ist der topfförmige magnetische Rückschluss des Außenläufers eines EC-Motors eingepresst. Der Innenstator dieses EC-Motors ist auf der Außenseite eines Lagerrohres befestigt, in dem sich Kugellager für die Lagerung des Außenläufers befinden. (EC = elektronisch kommutiert).

Bei einem solchen Aufbau eines Diagonalventilators ergibt sich der Nachteil, dass der EC-Motor schlecht gekühlt wird, so dass er nur eine niedrige Leistung abgeben kann, da er bei höheren Leistungen thermisch überlastet würde. Man kann sagen, dass ein Diagonalventilator „kühlungsfeindlich" ist, was seine Leistung entsprechend reduziert.

Die US 2007/0 205 676 A1 zeigt einen Axialventilator, bei dem der Außenrotor des

Antriebsmotors mit radialem Abstand in einem Lüfterrad befestigt ist. Dadurch entsteht um den Außenläufer herum ein ringförmiger Hohlraum, durch den im Betrieb Kühlluft strömt. Die Pumpwirkung für die Erzeugung dieses Kühlluftstroms wird durch Zentrifugalwirkung erzeugt, wenn der Ventilator im Betrieb ist.

Wenn bei einem solchen Ventilator der Staudruck am Auslass ansteigt, kann sich die

Strömungsrichtung der Kühlluft umkehren, d.h. die Kühlluft strömt dann vom Auslass zum Einlass des Ventilators, weil der Druck, der durch Zentrifugalkraft erzeugt wird, schwach ist im Verhältnis zu dem Druck, der durch das Lüfterrad erzeugt wird. Arbeitet nämlich der

Ventilator frei blasend, so wird die Kühlluft bei ihrem Austritt aus dem Ventilator durch den von diesem erzeugten Haupt-Luftstrom mitgerissen.

Arbeitet dagegen der Ventilator nicht frei blasend, sondern gegen einen Staudruck, so wird die Richtung des Kühlluftstroms umgekehrt.

Während der Zeitspanne, während deren sich die Richtung des Kühlluftstroms ändert, stagniert die Luft im Ventilator, und sein Elektromotor wird folglich nicht gekühlt, was zu dessen rascher Zerstörung führen kann.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Diagonalventilator bereit zu stellen. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 . Hierbei wird der Unterdruck in einer Unterdruckzone auf der Rückseite wenigstens eines Lüfterflügels dazu verwendet, eine fördernde Druckdifferenz zu bilden, welche im Betrieb den Kühlluftstrom ständig in der gleichen Richtung in Bewegung hält. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Druck in den Unterdruckzonen hinter den Lüfterflügeln zwar nicht unbeeinflusst vom Gegendruck ist, der auf den Lüfter wirkt, dass sich aber die Richtung des Druckgefälles an den Unterdruckzonen im Arbeitsbereich des Lüfters nicht ändert, während die Größe der dortigen Druckdifferenz vom Gegendruck abhängig ist.

Zwar verschiebt sich die Lage der Unterdruckzone abhängig vom Staudruck, doch bleibt ihr Kern unabhängig vom Staudruck bestehen, so dass es möglich ist, mit diesem (kräftigen) Unterdruck einen Kühlluftstrom durch den Elektromotor zu erzeugen, der im gesamten Arbeitsbereich des Diagonalventilators seine Richtung nicht ändert und daher im gesamten Arbeitsbereich eine effektive Kühlung bewirkt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten und im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Diagonalventilator in einem schematisierten Längsschnitt, Fig. 2 eine raumbildliche Darstellung eines Lüfterrads,

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung der Erzeugung des Unterdrucks an einem

Lüfterflügel

Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Diagonalventilators, dessen

Lüfterrad ähnlich ausgebildet ist wie in Fig. 2,

Fig. 5 eine Darstellung des Weges der Kühlluft durch den Diagonalventilator der Fig. 4,

wobei nur einer der Strömungspfade dargestellt ist,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der linken Hälfte der Fig. 5, und

Fig. 7 einen Schnitt, gesehen längs der Linie Vll-Vll der Fig. 6.

Fig . 1 zeigt unten die Basis 32 eines Diagonalventilators 30. Dieser hat außen einen Ring 34, der zur Verbindung mit einem Lüftergehäuse 36 ausgebildet ist, das sich in Fig. 1 von unten nach oben verjüngt und am oberen Rand 38 wieder erweitert. Der Ring 34 und das

Lüftergehäuse 36 sind in geeigneter Weise verbunden, z.B. durch Schrauben oder durch eine Bajonettverbindung, vgl. die Fig. 4 bis 6. Die Haupt-Strömungsrichtung der Luft ist durch Pfeile 40 angedeutet. Mit dem Ring 34 ist ein Flansch 44 verbunden, der an seiner Peripherie einen hochgezogenen Rand 46 hat. Der Flansch 44 geht in seiner Mitte in ein Lagerrohr 60 über, auf dem das (nicht dargestellte) Blechpaket eines Innenstators 64 angeordnet ist, vgl. das Blechpaket 160 der Fig. 4 und Fig. 5. Der Innenstator 64 ist umgeben von einem Außenrotor 68. Dieser hat einen topfartigen magnetischen Rückschluss 70, in welchem ein Permanentmagnetring 72 befestigt ist. Außenrotor 68 und Innenstator 64 sind Teile eines Elektromotors 73.

Der Innenstator 64 arbeitet zusammen mit entsprechenden Polen des Magnetrings 72.

Der magnetische Rückschluss 70 wird umgeben von einem Lauf- oder Lüfterrad 80. Seine Drehrichtung ist in Fig. 2 und Fig. 4 bei 84 angegeben, also von oben gesehen im

Uhrzeigersinn.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Lüfterrad 80 im radialen Abstand vom Motor 73 angeordnet, so dass letzterer weitgehend wärmeisoliert ist und schlecht gekühlt wird, falls nicht besondere

Maßnahmen getroffen werden.

Eine Verbesserung ergibt sich dadurch, dass im Lüfterrad 80 jeweils im Bereich der Rückseite 1 12 der Lüfterflügel 82 und an deren Flügelwurzeln Durchbrechungen 90 vorgesehen sind. Diese befinden sich jeweils im Bereich einer Unterdruckzone 1 10 (Fig. 3), die sich hinter dem Lüfterflügel 82 bei dessen Drehung bildet, so dass durch die Durchbrechungen 90 Luft durch das Lüfterrad 80 nach außen gesaugt wird, was die Kühlung des Motors 73 verbessert. Dabei ist vorteilhaft, dass sich die Richtung der Luftströmung durch die Löcher 90 im Betrieb nicht ändert, auch wenn, abhängig von diversen Betriebsbedingungen, die Intensität dieser

Luftströmung variieren kann. Letztere strömt immer durch das Lüfterrad 80 nach außen, diese Strömung von relativ stark erwärmter Luft bewirkt auch, dass irgendwelche Feuchtigkeit, die sich im Motor 73 angesammelt hat durch die Löcher 90 rasch nach außen befördert wird. Dadurch wird verhindert, dass sich im Inneren des Motors 73 Feuchtigkeit ansammelt.

Die Erzeugung eines Kühlluftstroms 126 gemäß Fig. 1 beruht auf dem Effekt, dass auf der Rückseite 1 12 (Fig. 3) eines Lüfterflügels 82 im Betrieb eine Unterdruckzone 1 10 auftritt, vgl. Fig. 3. Diese wird dadurch erzeugt, dass sich der betreffende Lüfterflügel 82 durch eine Luftzone bewegt, in welcher der Druck nur wenig schwankt, so dass auch der Unterdruck P3 (Fig. 3) in der Unterdruckzone 10 nur wenig schwankt und vor allem kontinuierlich unterhalb des Druckes P1 liegt, wobei sich jedoch der Betrag der Druckdifferenz abhängig von den Betriebsbedingungen etwas ändern kann. Auch ändert sich die Form der Unterdruckzone 1 10 abhängig von Drehzahl, Staudruck P2 etc. im Betrieb, jedoch in relativ engen Grenzen, so dass man z. B. in der Kernzone der Unterdruckzone 1 10 eine Bohrung 90 erzeugen kann, um diesen Unterdruck P3 zur kontinuierlichen Kühlung und Trocknung des Elektromotors 73 auszunutzen.

Die Kühlluft 126 (Fig. 1 ) durchströmt den Stator 64 des ECM 73 und kühlt diesen. Vorteilhaft und überraschend ist hier besonders, dass im Betrieb keine Umkehr der Strömungsrichtung der Kühlluft 126 stattfindet, weil durch die Bohrungen 90 im Betrieb die Luft ständig nach außen abgesaugt wird.

Fig. 4 zeigt eine Variante zu den Ventilatoren der Fig. 1 bis 3. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 1 bis 3.

Der Ventilator 130 nach Fig. 4 hat ein Basisteil 132. Dieses hat außen einen Ring 1 34, an dem mittels Stegen 1 36 ein schalenartiges Teil 138 befestigt ist und der auch zur Befestigung eines Lüftergehäuses 141 dient. Letzteres hat einen äußeren Rand 140, der relativ niedrig ist. An ihn schließt sich nach innen eine Ringschulter 142 an, die hauptsächlich als Berührungsschutz und als Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz dient und innerhalb deren ein Lagerrohr 144 angeordnet ist, das in Fig. 5 dargestellt ist.

Im Lagerrohr 144 sind zwei Kugellager 146, 148 angeordnet, die zur Lagerung einer

Rotorwelle 150 dienen, an welcher eine Rotorglocke 152 befestigt ist, auf deren Innenseite ein Rotormagnet 1 55 befestigt ist. Unterhalb der Rotorglocke 1 52 befindet sich eine Leiterplatte 164, auf der elektronische Bauteile 1 53 des EC-Motors 73 angeordnet sind.

Außerdem ist am oberen Ende der Rotorwelle 150 ein Lüfterrad 1 56 befestigt, das bei diesem Beispiel etwa die Form einer Kuppel hat, auf deren Außenseite Lüfterflügel 82 angeordnet sind.

Dicht bei der Rotorwelle 1 50 sind auf einem Lufteintritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D 1 Lufteinlassöffnungen 154 vorgesehen, welche das Lüfterrad 80 und die Rotorglocke 152 durchdringen und durch die ein Kühlluftstrom 1 58 in das bewickelte Stätorblechpaket 160 strömen kann, um dieses zu kühlen.

Durch den Spalt zwischen Statorblechpaket 160 und Leiterplatte 164 kann der Luftstrom 1 58 durch eine Öffnung 166 und durch die Löcher 90 in der Glocke des Lüfterrads 80 nach außen strömen. Wie z.B. Fig. 3 zeigt, befinden sich die Löcher 90 in den Unterdruckzonen 1 10 auf der Rückseite 1 12 der Flügel 82, wodurch im Betrieb ein ständiger Kühlluftstrom in derselben Richtung, nämlich zu den Unterdruckzonen 1 10 hin, sicher gestellt wird.

Wichtig erscheint auch, dass die Öffnungen 90 einen wesentlich größeren Abstand von der Drehachse 168 des Lüfterrads haben als die Einlassöffnungen 1 54. Z. B. kann dieser Abstand für die Öffnungen 90 etwa 2 bis 6 mal so groß sein wie der Abstand der Einlassöffnungen 1 54 von der Drehachse 168, vgl. in Fig. 5 den Unterschied zwischen den Durchmessern D 1 und D2 der Teilkreise am Lufteintritt 1 54 und am Luftaustritt 180.

Wirku ngsweise

Im Betrieb wird die Kühlluft gezwungen, den Elektromotor 73 auf einem vorgegebenen Weg zu durchströmen, um den Innenstator 160 zu kühlen. Dazu tritt in Fig. 5 die Kühlluft durch Löcher 1 54 im magnetischen Rückschluss 1 52 von oben in den Motor 73 ein. Zu diesem Zweck ist der magnetische Rückschluss 1 52, an seinem Umfang abgedichtet, im Lüfterrad 80 befestigt, so dass der Kühlluftstrom 126 in Fig. 1 durch den Motor 73 gezwungen wird.

Im Lüfterrad 80 ist zu diesem Zweck eine so genannte Ronde 182 befestigt, also eine Art Rohr aus Blech. An seinem in Fig. 5 oberen Rand hat dieses Rohr einen Flansch 184, der mit

Durchbrechungen versehen ist, und dieser Flansch 184 ist, wie dargestellt, z.B. durch

Spritzguss, im Lüfterrad 80 befestigt.

In dieses Rohr 182 wird von unten der magnetische Rückschluss des Rotors eingepresst, wobei am Flansch 184 von oben eine Gegenkraft erzeugt werden kann. Das Rohr 182 ist bevorzugt aus ferromagnetischem Material hergestellt und bildet dadurch einen Teil des magnetischen Rückschlusses 152.

Nach ihrem Austritt aus dem Motor 73 strömt die (erwärmte) Luft durch Öffnungen 90 im Lüfterrad 80 nach außen, vgl. die Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 5. Dabei muss verhindert werden, dass Luft von der Auslassseite (mit dem Druck P2) durch den Unterdruck P3 im Inneren des Lüfterrads (Fig. 5) angesaugt wird.

Gemäß Fig. 5 und Fig. 6 geschieht dies durch eine Labyrinthdichtung 174, welche dort eine Luftströmung von unten nach oben weitgehend verhindert. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Druck P3 auf der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 die Abdichtung durch die Labyrinthdichtung 174 nicht allzu negativ beeinflusst.

Nach dem Durchströmen des Motors 73 geht der Kühlluftstrom 1 8 in Fig. 5 durch den Spalt zwischen dem unteren Ende des magnetischen Rückschlusses 152 und der Leiterplatte 1 64 nach außen, strömt durch den Luftdurchtritt 166, und strömt durch eine der

Durchbrechungen 90 zu einer zugeordneten Unterdruckzone 1 10 (Fig. 3) auf der Außenseite des Lüfterrades 80.

Fig . 7 zeigt einen Schnitt längs der Linie VI l -VI I der Fig. 6. Dieser Schnitt verläuft durch die radialen Löcher 90, vgl. die vorhergehenden Figuren. Diese Löcher 90 durchdringen das Lüfterrad 80 im Bereich der Wurzeln der Flügel 90, vgl. Fig. 2. Außen am Lüfterrad 80 sind die Lüfterflügel 82 vorgesehen, deren bevorzugte Form sich aus Fig. 2 oder 4 ergibt.

Innen am Lüfterrad 80 sind zwischen den Löchern 90 radial verlaufende Versteifungswände 1 78 vorgesehen, die durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Wand 180 weiter verstärkt sein können.

Auf diese Weise wird mit sehr einfachen Maßnahmen bei einem Diagonalventilator die Kühlung des Elektromotors 73 wesentlich verbessert, wodurch die Leistung des Ventilators 130 verbessert wird. Diese wird außerdem positiv beeinflusst durch den hohen Wirkungsgrad des elektronisch kommutierten Elektromotors 73.

Fig. 1 bis Fig. 7 zeigen einen Diagonalventilator, welcher aufweist:

Ein Lüftergehäuse 36; ein um eine Drehachse 168 drehbares Lüfterrad 80, dem zu seinem Antrieb ein Elektromotor 73 zugeordnet ist, wobei das Lüfterrad 80 sich in Richtung der Drehachse 168 zwischen einer Lufteinlassseite 178 und einer Luftauslassseite 180 des

Diagonalventilators 30; 130 erstreckt und dazu dient, bei seiner Drehung Luft in einer Haupt- Förderrichtung 40 von der Lufteinlassseite 178 zur Luftauslassseite 180 zu fördern; am

Lüfterrad 80 vorgesehene Lüfterflügel 82 welche, bezogen auf die Drehrichtung 84 des Lüfterrads 80 im Betrieb, eine Vorderseite 1 14 und eine Rückseite 1 12 aufweisen, wobei jeweils im Bereich der Rückseite 1 12 eines Flügels 82 im Betrieb am Lüfterrad 80 eine Unterdruckzone 1 10 auftritt, welche durch eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 mit dessen Innenseite 81 verbunden ist, um Kühlluft von der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 nach außen abzusaugen, so dass der Druck in dieser Innenseite 81 eine Funktion des Unterdrucks auf der Rückseite mindestens eines Flügels 82 ist; eine zwischen dieser Innenseite 81 und der Luftauslassseite 180 des Diagonalventilators vorgesehene Dichtanordnung 174, welche im Betrieb einem

Druckausgleich zwischen dem Druck P2 auf der Luftauslassseite 180 und dem Druck P3 auf der Innenseite 81 des Lüfterrads 80 entgegenwirkt; mindestens eine im Bereich der Lufteinlassseite 178 des Lüfterrads 80 vorgesehene Einlassöffnung 1 54, durch welche Kühlluft in den

Elektromotor 73 strömen kann, welche Kühlluft nach ihrem Austreten aus dem Elektromotor 73 durch die mindestens eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 zur Außenseite des Lüfterrads 80 abgesaugt wird, um im Betrieb des Diagonalventilators 30 einen ständigen Kühlluftstrom 1 58 in gleich bleibender Richtung durch den Elektromotor 73 aufrecht zu erhalten.

Bevorzugt ist die zwischen der Innenseite 81 und der Luftauslassseite 180 des Lüfterrads 80 vorgesehene Dichtanordnung als Labyrinthdichtung 174 ausgebildet.

Bevorzugt ist eine Durchbrechung 90 des Lüfterrads 80 jeweils im Bereich einer benachbarten Flügelwurzel vorgesehen.

Bevorzugt ist die Durchbrechung 90 an einer Stelle vorgesehen, bei welcher der

Strömungspfad der vom Diagonalventilator 30, 130 geförderten Luft im Betrieb eine

Umlenkung erfährt.

Bevorzugt liegt mindestens eine Lufteintrittsöffnung 1 54 des Lüfterrads 80 auf einem

Lufteintritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D 1 , und mindestens eine Luftaustrittsöffnung 90 des Lüfterrads 80 auf einem Luftaustritts-Teilkreis mit einem Durchmesser D2, wobei D2 größer als D1 ist. Dabei liegt weiter bevorzugt das Verhältnis von D2 zu D 1 in einem Bereich von 2 bis 10. Weiter bevorzugt liegt das Verhältnis im Bereich von 3 bis 9. Bevorzugt wird der Kühlluftstrom 1 58 im Betrieb durch den Stator 66 des Elektromotors 73 hindurch geleitet, um diesen zu kühlen.

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Diese betreffen z. B. die Form und Lage der Durchbrechungen 90 und die innere Gestaltung des Elektromotors 73, um die Kühlluft in besonders nutzbringender Weise durch den Motor 73 hindurchzuführen und dadurch eine besonders gute Leistung des Elektromotors 73 zu erreichen.