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1. WO2020104130 - ROTORMONTAGEEINHEIT MIT KÜHLFUNKTION

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Rotormontageeinheit mit Kühlfunktion

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe mit Ventillatorrad sowie einen Radiallüfter mit einer solchen Rotorbaugruppe, welche über eine integrierte Kühlfunktion verfügt.

Bei Radialventilatoren besteht die Problematik, dass Wärme aufgrund mechanischer Reibung in den Lager der Rotorwelle entsteht und diese zu einer Überhitzung führt. Dieses Problem besteht insbesondere bei Radiallüftern für Hochdrehzahlanwendungen, die in einem axial einseitig geschlossenen, einteiligen Spalttopf montiert werden sollen, da dort die Wärme zusätzlich durch den Spalttopf an einem Wärmetransport nach außen gehindert wird.

Hochdrehzahlanwendungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Drehzahlen

des Ventilatorrads bei denen die Umfangsgeschwindigkeit am Radialverdichter-Austritt mindestens 60 m/s beträgt. Hierdurch wird das thermische Problem noch verstärkt, da mit zunehmender Drehzahl auch zwangsläufig zusätzliche Hitze ent steht.

In einigen Anwendungsfällen werden die Gehäuse von Hochdrehzahlgebläsen aus einem Metall hergestellt. Dadurch ist eine Kühlung gegeben und kann die Wärme gut über die thermisch leitfähige Gehäusewand entweichen. Bei größeren oder stationä ren Hochdrehzahlgebläsen kann alternativ auch eine aufwändigere Öl- oder Wasserkühlung eingesetzt werden. Sofern ein Medium zur Kühlung verwendet werden kann, wird der zu kühlende Bereich von diesem Medium umströmt.

Für den Fall, dass das Gehäuse vollständig aus Metall gebildet wird, besteht der Nachteil darin, dass nur auf limitierte Formgebungs- und Verbindungstechniken zu rückgegriffen werden kann. Das Primärgehäuse des Ventilators aus Kunststoff zu fertigen erlaubt zwar eine höhere Formfreiheit und ermöglicht alternative Fügeverfah ren, allerdings ist dann der Wärmetransport unbefriedigend.

Bei einer Lagerkühlung durch Hilfsmedien wie Öl oder Wasser erfordert dies einen hohen konstruktiver Aufwand sowie Zusatzaggregate.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Rotorbaugruppe eines Radialventilators, insbesondere eines Hoch drehzahl- Radialventilators bereit zu stellen, die eine optimierte Kühlmöglichkeit für eine Lagerkühlung bietet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Rotorbaugruppe mit einem integrierten Wärme leitkanal für einen Hochdrehzahl-Radialventilator vorgeschlagen, umfassend ein in nen axial offenes Lagerrohr in dem eine, ein Ventilatorrad tragende Welle mit einem Rotor eines Spalttopfmotors an Lager gelagert ist, wobei das Lagerrohr eine nach außen ragende radiale Auskragung aufweist, die sich zumindest teilweise mit einem Wärmeableitabschnitt über den Außenumfang des Ventilatorrads erstreckt und einen integrierten Wärmeleitkanal bereitstellt, der von den Lager bis zum Wärmeableitab- schnitt verläuft.

Der größere Durchmesserbereich der Auskragung erstreckt sich über den Durchmesser des Lüferrades (Radialbauweise oder Diagonalbauweise). Dadurch wird ge währleistet, dass der Luftstrom des Lüfterrades den Randbereich der Durchmesser vergrößerung des Lagerrohres überstreift.

Dadurch wird eine Wärmesenke durch die Ankopplung an den Medienstrom des Lüfterrades geschaffen. Die Ableitung der im Rotorsystem entstehenden Wärme menge erfolgt überwiegend durch Wärmeleitung. Damit dieser Effekt zum Tragen kommt, benötigt das Material des hervorstehenden Wärmeableitabschnitts eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/m*K Es ist dabei aber nicht relevant, ob der Wärmeableitabschnitt aus dem gleichen Teil oder Werkstoff besteht, wie das Lager rohr selbst. Die Bauweise kann auf unterschiedliche Weise, somit einstückig, einteilig, mehrstückig oder mehrteilig gebildet werden.

Bei Radialgebläsen ist zusätzlich ein Leckstrom unter dem Lüfterrad praktisch sinn voll, der zusätzlich zur Abführung von Wärmeenergie beiträgt.

Sofern ein vergleichsweise schmaler Kragen als Wärmeableitabschnitt genutzt wird, kann die Leckströmung unterhalb des Impellers als Kühlung verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Auskragung als eine im wesentlichen runde plattenförmige Auskragung ausgebildet ist, deren Durchmesser DA größer ist, als der Durchmesser Dv des Ventilatorrads.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Auskragung einen außen umlaufenden Kragen besitzt, der sich in Axialrichtung erstreckt und den radialen Randbereich des

Ventilatorrads zumin

Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung, bei der die Welle an einem ersten im Lagerrohr angeordneten Lager und einem dazu in Axialrichtung beabstandeten zweiten im Lagerrohr angeordneten Lager in einem Bereich zwischen dem

Ventilatorrad und dem Rotor gelagert sind und die Welle mit einem Endabschnitt über das Ventilatorrad zum Ableiten der Wärme in das Ventilatorgehäuse hervor-

steht. Hierdurch wird ein weiterer Wärmeableitkanal über die Welle geschaffen und bildet der Endabschnitt der Welle eine Wärmesenke aus. Der vom Ventilator axial angesaugte Medienstrom, z. B. die angesaugte Luft, strömt demzufolge entlang dem Endabschnitt der Welle und wird anschließend in den radialen Strömungskanal ge führt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Radialventilator mit einem Ventilatorgehäuse in dem eine wie zuvor beschriebene Rotorbaugruppe mon tiert ist, wobei das Ventilatorgehäuse eine Ausnehmung aufweist und der Wärmeab-leitabschnitt des Lagerrohrs bestimmungsgemäß mit einer Wärmeableitfläche in die Ausnehmung so hineinragt oder an diese angrenzt, dass beim Betrieb des Ventila tors der vom Ventilatorrad geförderte Medienstrom entlang der Wärmeableitfläche strömt und dadurch an der Wärmeableitfläche gegenüber den Lager eine Wärme senke gebildet wird. Auf diese Weise erfolgt ein Wärmetransport von den beiden La gern über das Lagerrohr zu der Wärmeableitfläche an dem Kragen der Auskragung, wodurch Wärme gezielt abgeführt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Ausnehmung zumindest teilweise in einem radial außen liegenden Strömungska nal des Ventilatorgehäuses befindet.

Ein axialer Abschnitt des Lagerrohrs nimmt bevorzugt die Lager direkt auf und ein zylindrischer Gehäuseabschnitt des Ventilatorgehäuses umschließt diesen axialen Abschnitt des Lagerrohrs.

Mit Vorteil ist weiter vorgesehen, dass sich an den zylindrischen Gehäuseabschnitt ein umfangsgeschlossenen Spalttopf (unmittelbar) anschließt und weiter bevorzugt der Spalttopf einteilig mit dem Ventilatorgehäuse ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausgestaltung, bei der das Lagerrohr mit seiner radialen Auskragung flächig auf einer Gehäusebodenplatte des Ventilatorgehäuses auflagert. Neben der Montagefreundlichkeit lassen sich hierdurch auch eine höhere Wärmekapazität des Lagerrohrs aufgrund einer flächigen Anbindung und Wärmeab leitung erzeugen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevor zugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Rotor baugruppe,

Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Radialventilators,

Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht durch den Radialventilator gemäß

Fig. 2,

Fig. 4 eine Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ,

Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 bis 9 näher beschrie ben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Rotorbaugruppe 10 gezeigt.

Die Rotorbaugruppe 10 ist ausgebildet für einen Hochdrehzahl-Radialventilator. Die Rotorbaugruppe 10 umfasst ein innen axial offenes Lagerrohr 20. In dem Lagerrohr 20 ist eine Welle 40 gelagert, wobei auf der Welle 40 ein Rotor 50 eines Spalttopfmo tors gelagert ist. Der außenliegende Stator 51 des Motors ist in der Figur 2 und der Figur 3 dargestellt. Das Lagerrohr 20 weist eine nach außen ragende radiale Aus kragung 21 auf.

Diese Auskragung 21 erstreckt sich mit einem Wärmeableitabschnitt 23 über den Außenumfang 31 des Ventilatorrads 30 und stellt einen integrierten Wärmeleitkanal 20 bereit, der von den Lager 24 bis zum Wärmeableitabschnitt 23 verläuft. Hierzu muss das Material eine den Anforderungen gewünschte Wärmeleitfähigkeit besitzen, die den auftretenden Wärmestrom transportieren kann.

In der Schnittansicht gemäß der Figur 2 als auch der perspektivischen Schnittansicht der Figur 2 ist gut zu erkennen, dass sich Auskragung 21 über den Außenumfang 31 des Ventilatorrads 30 erstreckt. Die Auskragung 21 ist im Wesentlichen als eine run de plattenförmige Auskragung ausgebildet, deren Durchmesser DA größer ist, als der Durchmesser D des Ventilatorrads 30.

Die Auskragung 21 besitzt ferner einen außen umlaufenden nach oben ragenden Kragen 23, der sich in Axialrichtung A erstreckt und den radialen Randbereich 32 des Ventilatorrads 30 radial außen umschließt. Anders ausgedrückt, ist das Ventilatorrad 30 so auf der Welle 40 platziert, dass das Ventilatorrad 30 in die Vertiefung in der Auskragung 21 angeordnet ist.

Der Randbereich 26 der Auskragung 21 , der sich radial außerhalb des Ventilatorrads 30 befindet, besitzt, wie in der Figur 3 ersichtlich, drei Befestigungsöffnungen 27. Mit tels der Befestigungsöffnungen 27 lässt sich die gesamte Rotorbaugruppe 10 an dem Ventilatorgehäuse 2 des Radial-Ventilators befestigen, so wie dies in der Figur 2 gezeigt ist. Die drei Befestigungsöffnungen 27 sind dabei im umlaufenden Kragen 23 angeordnet.

Die Welle 40 wird zwischen zwei Lager 24, 25 gelagert, wobei eine Feder 28 gegen das erste Lager 24 vorgespannt ist, die sich an einem inneren Bundsteg 29 abstützt. Das zweite (in der Figur 3 untere Lager 25) sitzt am unteren Ende des Lagerrohrs 20 und ist gegen den Bundsteg 29 gelagert. Durch das untere Lager 25 ragt die Welle 40 mit dem Rotor 50.

In der Figur 2 ist ferner das Ventilatorgehäuse 2 gezeigt. Das Lagerrohr 20 lagert mit seiner radialen Auskragung 21 auf der Gehäusebodenplatte 2a auf und ist mit dem Ventilatorgehäuses 2 mittels einer Schraubverbindung verbunden. Das Lagerrohr 20 ragt ferner mit der Welle 40 und dem auf der Welle 40 gelagerten Rotor 50 in einen umfangsgeschlossenen (oben offenen) Spalttopf 3, der Teil des Ventilatorgehäuses 2 eines Radialventilators (welches jedoch nur teilweise dargestellt ist) ist und mit diesem einteilig ausgebildet ist.

Die Welle 40 steht mit einem Endabschnitt 44 über das Ventilatorrad 30 zum Ableiten

der Wärme in das Ventilatorgehäuse 2 hervor. Das Ventilatorgehäuse weist eine Ausnehmung 2i auf und der Wärmeableitabschnitt 23 des Lagerrohrs 20 ragt mit sei ner Wärmeableitfläche 23i in die Ausnehmung 2i so hinein. Die Wärmeableitfläche 23i bildet gegenüber den Lager 24, 25 eine Wärmesenke aus.

Wie in der Figur 2 gut zu erkennen, befindet sich die Ausnehmung 2i in einem radial außen liegenden Strömungskanal 2s des Ventilatorgehäuses 2.

In den Figuren 5 bis 9 finden sich weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei insbesondere die Gestaltung des Gehäuses 2, des Spalttopfs 3, des Lagerrohrs 20 und die Gestaltung des Wärmeableitabschnitts 23 in einer alternativen Form erfolgt sind. Zu erkennen ist auch die Auskragung des Spalttopfs 3v, welche sich zwischen ein Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil des Gehäuses 2 erstreckt. In der Figur 9 ist ferner ersichtlich, dass im Bereich des Wärmeableitabschnitts 23 eine Befesti gungsöffnung vorgesehen ist, um die Auskragung des Lagerrohrs 20 an der Auskra gung des Spaltrohrs 3 zu befestigen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angege benen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearte ten Ausführungen Gebrauch macht. So könnte die dargestellte Ausnehmung 2i auch als eine Vielzahl von nebeneinander liegende Öffnungen oder Löchern im Ventilator gehäuse in diesem Bereich ausgebildet sein.