DE102023201900A1

DE102023201900A1 - Device for cooling the electric motor of a fan with air, fan and method for cooling the electric motor of a fan

Info

Publication number: DE102023201900A1
Application number: DE102023201900.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Maurer; Frieder Lörcher; Daniel Seifried
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2023-03-02
Filing date: 2023-03-02
Publication date: 2024-09-05
Also published as: WO2024179648A1; EP4483063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung des Elektromotors eines Ventilators mit Luft, wobei der Ventilator im Betrieb eine Druckdifferenz zwischen Anströmseite sowie Elektromotor und Abströmseite erzeugt, und wobei die Druckdifferenz genutzt wird, um kühlere Umgebungsluft von der Abströmseite zum Elektromotor zu leiten.

The invention relates to a device for cooling the electric motor of a fan with air, wherein the fan generates a pressure difference between the inflow side and the electric motor and the outflow side during operation, and wherein the pressure difference is used to direct cooler ambient air from the outflow side to the electric motor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung des Elektromotors eines Ventilators mit Luft, einen Ventilator mit einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung des Elektromotors eines entsprechenden Ventilators.The present invention relates to a device for cooling the electric motor of a fan with air, a fan with such a device and a method for cooling the electric motor of a corresponding fan.

Ventilatoren der gattungsbildenden Art sind hinlänglich aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die WO 2020/015792 A1 verwiesen.Fans of the generic type are well known in practice. As an example, we refer to the WO 2020/015792 A1 referred to.

Häufig werden Ventilatoren bei hohen thermischen Belastungen, beispielsweise bei Temperaturen ≥ 60° C, betrieben. Insbesondere in „saugender“ Anordnung, wonach beispielsweise heiße Luft eines Wärmetauschers durch einen Ventilator gesogen wird, treten Probleme in Bezug auf Komponenten des Ventilators auf. Insbesondere EC-Ventilatoren verfügen über eine integrierte Elektronik mit temperaturempfindlichen Elektronikbauteilen. Auch andere Komponenten des Ventilators, beispielsweise Lager, Isoliermaterialien, Wicklungsdrähte, etc. unterliegen gewissen Temperaturobergrenzen, welche die Leistung bzw. Drehzahl limitieren. Nicht selten wird die Kühlung des Motors mit der vom Wärmetauscher erwärmten bzw. erhitzten Luft durchgeführt, da der Elektromotor im Fördermittelstrom der Ventilatorhauptströmung steht. Dies gilt auch dann, wenn der Motor bzw. sein Gehäuse von kühlerer Umgebungsluft umgeben ist.Fans are often operated under high thermal loads, for example at temperatures ≥ 60° C. Problems with fan components arise particularly in a "suction" arrangement, whereby, for example, hot air from a heat exchanger is sucked through a fan. EC fans in particular have integrated electronics with temperature-sensitive electronic components. Other components of the fan, such as bearings, insulating materials, winding wires, etc. are also subject to certain upper temperature limits, which limit the performance or speed. It is not uncommon for the motor to be cooled using air warmed or heated by the heat exchanger, since the electric motor is in the conveying medium flow of the main fan flow. This also applies if the motor or its housing is surrounded by cooler ambient air.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik auftretenden Nachteile zu eliminieren, zumindest aber zu reduzieren. Dazu soll eine besondere Vorrichtung zur Kühlung des Elektromotors angegeben werden, bei der mit einfachen Mitteln eine hinreichend gute Kühlung realisierbar ist. Eine solche Kühlung soll unter Nutzung der dem Ventilator eigenen strömungstechnischen Gegebenheiten und Funktionen realisiert werden. Außerdem soll sich die erfindungsgemäße Vorrichtung von wettbewerblichen Vorrichtungen unterscheiden. Gleiches gilt für den erfindungsgemäßen Ventilator und das erfindungsgemäße Verfahren.The invention is based on the task of eliminating the disadvantages that occur in the prior art, or at least reducing them. To this end, a special device for cooling the electric motor is to be specified, in which sufficiently good cooling can be achieved using simple means. Such cooling is to be achieved using the flow characteristics and functions inherent in the fan. In addition, the device according to the invention is to be different from competitive devices. The same applies to the fan according to the invention and the method according to the invention.

Voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wonach der Ventilator im Betrieb eine Druckdifferenz zwischen Anströmseite bzw. Elektromotor und Abströmseite erzeugt und wobei die Druckdifferenz genutzt wird, kühlere Luft aus der abströmseitigen Umgebung zum warmen Elektromotor zu leiten. Dort findet durch die kühlere Luft eine Kühlung statt. Erfindungsgemäß ist somit eine Methode zur Kühlung des Elektromotors eines Ventilators realisiert, wobei der Ventilator wärmeres Strömungsmedium fördert. Die Kühlung erfolgt mit kühlerer Luft, die in der Umgebung des Ventilators abströmseitig vorhanden ist. Erfindungsgemäß wird somit der eigene Strömungsantrieb des Ventilators genutzt.The above object is achieved with regard to the device according to the invention by the features of claim 1, according to which the fan generates a pressure difference between the inflow side or electric motor and the outflow side during operation, and the pressure difference is used to direct cooler air from the outflow-side environment to the warm electric motor. Cooling takes place there using the cooler air. According to the invention, a method for cooling the electric motor of a fan is thus implemented, whereby the fan conveys warmer flow medium. Cooling takes place with cooler air that is present in the environment of the fan on the outflow side. According to the invention, the fan's own flow drive is thus used.

Mit anderen Worten wird der Elektromotor zumindest teilweise mit kühler Umgebungsluft gekühlt, die den Ventilator in einem der Abströmseite (Ventilatordruckseite) zugeordneten Bereich auf höherem Druckniveau umgibt. Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zunutze, dass im Bereich des Motors regelmäßig ein Unterdruck herrscht, d.h. ein geringerer statischer Druck verglichen mit der Abströmseite und der dort druckseitigen Umgebung. Die Erfindung nutzt eine Vorrichtung, die kühlere Umgebungsluft zielgerichtet und aufgrund der zuvor erörterten Druckdifferenz zum Motor leitet, wo sie zur Kühlung verwendet wird. Danach gelangt die Luft gemeinsam mit dem Ventilatorhauptförderstrom wieder zur Abströmseite.In other words, the electric motor is at least partially cooled with cool ambient air that surrounds the fan at a higher pressure level in an area associated with the downstream side (fan pressure side). The invention makes use of the fact that there is regularly a negative pressure in the area of the motor, i.e. a lower static pressure compared to the downstream side and the pressure-side environment there. The invention uses a device that directs cooler ambient air to the motor in a targeted manner and based on the previously discussed pressure difference, where it is used for cooling. The air then returns to the downstream side together with the main fan flow.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die Kühlung in ihrer strömungstechnischen Funktion ausschließlich auf dem vom Ventilator erzeugten Strömungs-/Druckfeld beruht, unter ausschließlicher Nutzung des dem Ventilator eigenen Strömungsantriebs. Besondere bauliche Maßnahmen oder Umkonstruktionen des Ventilators sind daher grundsätzlich nicht erforderlich.A significant advantage of the device according to the invention is that the cooling in its fluidic function is based exclusively on the flow/pressure field generated by the fan, using only the flow drive inherent in the fan. Special structural measures or redesigns of the fan are therefore generally not necessary.

Es kann ein den Elektromotor bzw. dessen Stator und/oder dessen Elektronikgehäuse umgebener Kühltopf vorgesehen sein, der sich mühelos in die Anordnung des Ventilators integrieren lässt. Dieser Kühltopf kann einen zumindest zur Strömungsseite hin und radial nach außen weitgehend abgeschlossenen Bereich aufweisen, der eine mit Kühlluft gefüllte Umgebung definiert, die ein niedrigeres Temperaturniveau als die Ventilatorhauptströmung hat. Dieser abgeschlossene Bereich ist vorzugsweise in einem achsnahen Bereich der Ventilatoranordnung vorgesehen.A cooling pot can be provided which surrounds the electric motor or its stator and/or its electronics housing and which can be easily integrated into the arrangement of the fan. This cooling pot can have an area which is largely closed at least on the flow side and radially outwards, which defines an environment filled with cooling air which has a lower temperature level than the main fan flow. This closed area is preferably provided in an area of the fan arrangement close to the axis.

Als weiteres zusätzliches Bauteil kann eine Saugleitung vorgesehen sein, die das Innere des Kühltopfs mit einer druckseitigen bzw. abströmseitigen Umgebung des Ventilators verbindet. Die Saugleitung kann in Form eines Saugrohrs ausgeführt sein. In der abströmseitigen Umgebung herrscht ein höheres Druckniveau sowie ein niedrigeres Temperaturniveau als dies bei der durch die Einlaufdüse des Ventilators angesaugten Ventilatorhauptströmung der Fall ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass an der Einströmstelle in die Sauleitung zumindest teilweise Luft einer freien Umgebung mit niedrigerem Temperaturniveau als im Bereich des Motors vorhanden ist, bspw. aus einer atmosphärischen Umgebung oder aus einem freien, moderat temperierten Raum. Entsprechend der Vorkehrung der Sauleitung bzw. des Saugrohrs strömt unter Zugrundelegung der Druckdifferenz die kühlere Luft durch die Saugleitung in den Kühltopf, sofern ein solcher vorgesehen ist, zumindest aber zum Motor und dessen Komponenten.A suction line can be provided as a further additional component, which connects the interior of the cooling pot with a pressure-side or downstream environment of the fan. The suction line can be designed in the form of a suction pipe. In the downstream environment, there is a higher pressure level and a lower temperature level than is the case with the main fan flow sucked in through the fan inlet nozzle. This is due to the fact that at the point of inflow into the suction line, at least some air is from a free environment with a lower temperature level than in the area of the motor, for example from an atmospheric environment or from a free, moderately temperate room. According to the provisions of the Based on the pressure difference, the cooler air flows through the intake line or the intake manifold into the cooling pot, if one is provided, or at least to the engine and its components.

Es ist von weiterem Vorteil, wenn der Kühltopf zur Zuströmseite des Ventilators hin bzw. hin zum Laufrad bzw. dessen Nabe Öffnungen aufweist, durch die Kühlluft aus dem Kühltopf in Richtung Laufradnabe ausströmen kann. Die aus dem Kühltopf ausströmende Kühlströmung kann so geführt sein, dass sie in ein Hauptkühlsystem des Elektromotors einströmt, wobei beispielsweise an einem Flansch des Stators des Elektromotors wärmeabgebende Kühlrippen ausgebildet sein können. Auch andere zum Wärmetausch geeignete Maßnahmen können alternativ oder ergänzend vorgesehen sein.It is also advantageous if the cooling pot has openings on the inflow side of the fan or towards the impeller or its hub, through which cooling air can flow out of the cooling pot in the direction of the impeller hub. The cooling flow flowing out of the cooling pot can be guided in such a way that it flows into a main cooling system of the electric motor, whereby heat-emitting cooling fins can be formed, for example, on a flange of the stator of the electric motor. Other measures suitable for heat exchange can also be provided as an alternative or in addition.

Auch ist es denkbar, dass der Kühltopf achsnah bzw. nabennah in einem Bereich stromab des Laufrads angeordnet ist, wobei dort die Ventilatorhauptströmung signifikante Umfangsgeschwindigkeiten hat. Daraus resultiert ein Druckfeld, das radial innen, d.h. achsnah, ein deutlich geringeres statisches Druckniveau aufweist, als dies radial weiter nach außen der Fall ist. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu einem Außenbereich am Gehäuse. So strömt Kühlluft durch die Saugleitung in Richtung Kühltopf bzw. in den Kühltopf und anschließend durch Öffnungen am Kühltopf nach außen bzw. hin zur Zuströmseite des Ventilators, vorzugsweise in ein motorintegriertes Kühlsystem. Im weiteren Verlauf vermischt sich die Kühlluft mit der Ventilatorhauptströmung.It is also conceivable that the cooling pot is arranged near the axis or hub in an area downstream of the impeller, where the main fan flow has significant circumferential speeds. This results in a pressure field that has a significantly lower static pressure level radially inward, i.e. near the axis, than is the case radially further outward. This is particularly true in comparison to an outer area on the housing. Cooling air flows through the suction line towards the cooling pot or into the cooling pot and then through openings on the cooling pot to the outside or towards the inflow side of the fan, preferably into a cooling system integrated into the motor. The cooling air then mixes with the main fan flow.

In konstruktiver Hinsicht ist es von Vorteil, wenn der Kühltopf und/oder die Saugleitung einteilig in eine Tragstruktur für den Motor und das Laufrad eingebunden ist/sind. Die Einbindung kann in vorteilhafter Weise in eine tragende Nachleiteinheit des Ventilators realisiert sein.From a design point of view, it is advantageous if the cooling pot and/or the suction line is/are integrated as one piece into a supporting structure for the motor and the impeller. The integration can advantageously be implemented in a supporting guide unit of the fan.

Außerdem ist es denkbar, dass im Kühltopf Strömungsführungen vorgesehen sind, die die Kühlluft mit relativ hoher Geschwindigkeit und/oder hoher Turbulenz in die Nähe einer zu kühlenden Wandoberfläche des Elektronikgehäuses oder des Stators führen. Dadurch wird der Effekt der Kühlung begünstigt.It is also conceivable that flow guides are provided in the cooling pot, which guide the cooling air at a relatively high speed and/or high turbulence close to a wall surface of the electronics housing or the stator that is to be cooled. This promotes the cooling effect.

Der erfindungsgemäße Ventilator löst die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 12, wobei dieser Ventilator eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend den voranstehenden Ausführungen umfasst.The fan according to the invention solves the problem mentioned at the outset by the features of the independent claim 12, wherein this fan comprises a device according to the invention corresponding to the above statements.

Dabei ist es denkbar, dass der Ventilator an seiner Einströmseite Luft ansaugt, die zuvor einen Wärmetauscher durchströmt hat. Dadurch hat die Luft eine erhöhte Temperatur.It is conceivable that the fan sucks in air on its inlet side that has previously flowed through a heat exchanger. This means that the air has a higher temperature.

Die Abströmung der Luft hat hohe Geschwindigkeiten, sodass die warme Luft der Ventilatorhauptströmung stromab des Ventilators weg vom Ventilator geschleudert wird, sodass diese warme Luft nicht in den Einlassbereich der Saugleitung gelangt und entsprechend dort auch nicht eingesaugt werden kann.The outflow of air has high velocities, so that the warm air of the fan's main flow is thrown away from the fan downstream of the fan, so that this warm air does not reach the inlet area of the suction line and therefore cannot be sucked in there.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des weiter nebengeordneten Anspruchs 15, wobei das Verfahren eine erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder einen erfindungsgemäßen Ventilator nutzt.The method according to the invention solves the problem mentioned at the outset by the features of the further independent claim 15, wherein the method uses a device according to the invention and/or a fan according to the invention.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

1 in perspektivischer Ansicht von der Abströmseite her gesehen einen Ventilator mit tragender Nachleiteinheit mit Gehäuse und Nachleitflügeln und mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
2 in perspektivischer Ansicht von der Zuströmseite her gesehen den Ventilator mit Kühlvorrichtung gemäß 1
3 in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse den Ventilator mit Kühlvorrichtung gemäß 1 und 2,
3a eine Detailansicht aus 3 im Bereich des Kühltopfes der Kühlvorrichtung,
4 in ebener axialer Draufsicht von der Abströmseite her gesehen den Ventilator mit Kühlvorrichtung aus 1 bis 3,
4a in ebener axialer Draufsicht von der Abströmseite her gesehen den Ventilator mit Kühlvorrichtung aus 1 bis 4, wobei hier im Unterschied zu 4 der abströmseitige Deckel des Kühltopfes nicht dargestellt ist, wodurch Elemente im Kühltopf sichtbar werden,
5 in einer perspektivischen Ansicht eine einteilige Komponente einer Kühlvorrichtung, die die Elemente der Abdeckung des Kühltopfes zur Druckseite hin und der Saugleitung umfasst,
5a in einer perspektivischen Ansicht eine einteilige Komponente einer Kühlvorrichtung, die die Elemente der Abdeckung des Kühltopfes zur Druckseite hin und eines Anschlusses einer Saugleitung umfasst,
6 in perspektivischer Ansicht von der Ausströmseite der Ventilatoren her gesehen ein lufttechnisches Gerät mit zwei über Wärmetauscher ansaugenden Ventilatoren jeweils mit tragender Nachleiteinheit und Kühlvorrichtung,
7 in perspektivischer Ansicht von der Abströmseite her gesehen einen Ventilator mit tragender Nachleiteinheit mit Gehäuse und Nachleitflügeln und mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit axial gerichtetem Saugrohr,
8 in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse den Ventilator mit Kühlvorrichtung gemäß 7,
9 in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse einen Ventilator mit tragender Nachleiteinheit mit Gehäuse und Nachleitflügeln und mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit axial gerichtetem Saugrohr mit variablem äquivalenten Strömungsquerschnitt, und
10 ein Diagramm, das exemplarisch die in einem Versuchsaufbau experimentell erzielte relative Verbesserung zeigt, d.h. die Reduktion der Temperatur eines thermisch kritischen elektronischen Bauteils als Funktion der Temperaturdifferenz zwischen der Ventilatorhauptströmung und der druckseitigen Umgebung für zwei verschiedene Durchmesser einer Saugleitung.

There are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, reference is made on the one hand to the subordinate claims and on the other hand to the following explanation of preferred embodiments of a cooling device according to the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred embodiments of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and developments of the teaching are also explained. The drawing shows

1 in perspective view from the downstream side, a fan with a supporting guide unit with housing and guide vanes and with a cooling device according to the invention,
2 in perspective view from the inflow side the fan with cooling device according to 1
3 in a side view and in section on a plane through the axis the fan with cooling device according to 1 and 2 ,
3a a detailed view 3 in the area of the cooling pot of the cooling device,
4 in plan axial view from the downstream side the fan with cooling device 1 to 3 ,
4a in plan axial view from the downstream side the fan with cooling device 1 to 4 , whereby in contrast to 4 the downstream cover of the cooling pot is not shown, which makes elements in the cooling pot visible,
5 in a perspective view a one-piece component of a cooling device comprising the elements of the cover of the cooling pot towards the pressure side and the suction line,
5a in a perspective view a one-piece component of a cooling device comprising the elements of the cover of the cooling pot towards the pressure side and a connection of a suction line,
6 in perspective view from the outflow side of the fans, an air-conditioning device with two fans sucking in air via heat exchangers, each with a supporting guide unit and cooling device,
7 in perspective view from the downstream side, a fan with a supporting guide unit with housing and guide vanes and with a further embodiment of a cooling device according to the invention with an axially directed suction pipe,
8 in a side view and in section on a plane through the axis the fan with cooling device according to 7 ,
9 in a side view and in section on a plane through the axis, a fan with a supporting guide unit with housing and guide vanes and with a further embodiment of a cooling device according to the invention with an axially directed suction pipe with a variable equivalent flow cross-section, and
10 a diagram showing by way of example the relative improvement achieved experimentally in a test setup, ie the reduction of the temperature of a thermally critical electronic component as a function of the temperature difference between the fan main flow and the pressure-side environment for two different diameters of a suction line.

1 zeigt in perspektivischer Ansicht von der Abströmseite her gesehen einen Ventilator 57 axialer Bauart mit tragender Nachleiteinheit 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 40, welche insbesondere einen Kühltopf 8, eine Saugleitung 12 und einen Kühltopfdeckel 43 aufweist. Die Nachleiteinheit 1 besteht insbesondere aus einem Gehäuse 2, einem Zwischenring 5, einem Nabenring 4, zwischen Nabenring 4 und Zwischenring 5 sich erstreckenden inneren Leitflügeln 11 und zwischen Zwischenring 5 und Gehäuse 2 bzw. dessen Diffusorbereich 10 sich erstreckenden Strebenflügeln 3. Die Nachleiteinheit 1 ist vorteilhaft einstückig in einem Gussverfahren, vorteilhaft per Kunststoff-Spritzguss, hergestellt. Der Nabenring 4 bildet auch den äußeren Ring, die äußere Wand, des Kühltopfes 8. 1 shows a perspective view from the downstream side of a fan 57 of axial design with a supporting guide unit 1 with an embodiment of a cooling device 40 according to the invention, which in particular has a cooling pot 8, a suction line 12 and a cooling pot cover 43. The guide unit 1 consists in particular of a housing 2, an intermediate ring 5, a hub ring 4, inner guide vanes 11 extending between the hub ring 4 and the intermediate ring 5 and strut vanes 3 extending between the intermediate ring 5 and the housing 2 or its diffuser area 10. The guide unit 1 is advantageously manufactured in one piece in a casting process, advantageously by plastic injection molding. The hub ring 4 also forms the outer ring, the outer wall, of the cooling pot 8.

Das Gehäuse 2 definiert die äußere Begrenzung einer innerhalb des Gehäuses 2 verlaufenden Ventilatordurchströmung, auch als Ventilatorhauptströmung bezeichnet. Das Gehäuse 2 besteht aus verschiedenen Bereichen, in Durchströmrichtung der Ventilatorhauptströmung gesehen zunächst aus einer Einlaufdüse 9, dann einem vorteilhaft zylindrischen Bereich 29, innerhalb dessen das Laufrad 19 mit seinen Flügeln 22 angeordnet ist, und einem Diffusorbereich 10, an dem Strebenflügel 3 befestigt sind.The housing 2 defines the outer boundary of a fan flow running within the housing 2, also referred to as the fan main flow. The housing 2 consists of various areas, seen in the flow direction of the fan main flow, first of all an inlet nozzle 9, then an advantageously cylindrical area 29, within which the impeller 19 with its blades 22 is arranged, and a diffuser area 10, to which strut blades 3 are attached.

Stromab des Laufrades 19 innerhalb des Gehäuses 2 ist eine innere Nachleiteinrichtung bestehend insbesondere aus strömungstechnisch wirksamen inneren Nachleitfügeln 11, die sich zwischen Nabenring 4 und Zwischenring 5 erstrecken, angeordnet. Infolge der strömungstechnischen Wirkung der inneren Nachleitflügel 11 im Zusammenspiel mit dem Zwischenring 5 und dem Nabenring 4 sind der statische Wirkungsgrad und die Luftleistung, speziell die statische Druckerhöhung bei einem bestimmten Fördervolumenstrom, also dem vom Ventilator 57 durch dessen Einlaufdüse 9 angesaugten Volumenstrom der Ventilatorhauptströmung, des Ventilators 57 besonders hoch.Downstream of the impeller 19 within the housing 2 there is an inner guide device consisting in particular of flow-effective inner guide vanes 11 which extend between the hub ring 4 and the intermediate ring 5. As a result of the flow-technical effect of the inner guide vanes 11 in interaction with the intermediate ring 5 and the hub ring 4, the static efficiency and the air output, especially the static pressure increase at a certain delivery volume flow, i.e. the volume flow of the fan main flow sucked in by the fan 57 through its inlet nozzle 9, of the fan 57 are particularly high.

Der Nabenring 4 ergänzt die radial äußere Wand eines Kühltopfes 8 der Kühlvorrichtung 40. Der Deckel 43 schließt den Kühltopf 8 gegenüber der Ventilatorhauptströmung weitgehend ab, sodass der Kühltopf 8 nur noch auf seiner hier nicht sichtbaren, dem Laufrad 19 bzw. der Einströmdüse 9 zugewandten Vorderseite Öffnungen bzw. Strömungsverbindungen zur Ventilatorhauptströmung aufweist (siehe auch 3, 3a). An den Kühltopf 8 angeschlossen ist die Kühlluftleitung 12 oder Saugleitung 12. Diese verläuft etwa quer zur Ventilatorhauptströmung und schirmt eine innere Durchströmung mit Kühlluft gegenüber der Ventilatorhauptströmung ab. Sie verbindet hinsichtlich einer Durchströmung mit Kühlluft das Innere des Kühltopfes 8 mit einem der Ventilatordruckseite zugeordneten Bereich (siehe auch 6) radial außerhalb des Ventilators 57 bzw. der Nachleiteinrichtung 1 bzw. dessen Gehäuses 2, zu welchem Zweck die Saugleitung 12 die Wand des Gehäuses 2 durchquert.The hub ring 4 complements the radially outer wall of a cooling pot 8 of the cooling device 40. The cover 43 largely closes off the cooling pot 8 from the main fan flow, so that the cooling pot 8 only has openings or flow connections to the main fan flow on its front side, which is not visible here and faces the impeller 19 or the inlet nozzle 9 (see also 3 , 3a) . The cooling air line 12 or suction line 12 is connected to the cooling pot 8. This runs approximately transversely to the main fan flow and shields an internal flow of cooling air from the main fan flow. With regard to a flow of cooling air, it connects the interior of the cooling pot 8 with an area assigned to the fan pressure side (see also 6 ) radially outside the fan 57 or the guide device 1 or its housing 2, for which purpose the suction line 12 passes through the wall of the housing 2.

Es ist auch denkbar, dass sie auf der Abströmseite am abströmseitigen Ende des Gehäuses 2 vorbeigeführt ist. Im Betrieb des Ventilators 57, der den Totaldruck bzw. den statischen Druck der von ihm geförderten Ventilatorhauptströmung von der der Einlaufdüse 9 zugeordneten Saugseite hin zur der dem ausströmseitigen Ende des Diffusors 10 zugeordneten Druckseite erhöht, strömt nun infolge der durch den Ventilator 57 erzeugten Druckgefälle Luft radial außen in die Kühlvorrichtung 40 bzw. dessen Saugleitung 12 ein und somit durch die Saugleitung 12 in den Kühltopf 8, in dem ein zu kühlender Elektromotor angeordnet ist. Im weiteren Verlauf strömt diese Luft dann aus dem Kühltopf 8 durch Öffnungen hin zum Laufrad 19 des Ventilators 57 aus und vermischt sich mit der Ventilatorhauptströmung. In vielen typischen Anlagen (siehe auch beispielhaft 6) ist das Temperaturniveau der Ventilatorhauptströmung, die durch die Einlaufdüse 9 angesaugt wird, erheblich höher als das Temperaturniveau der den Ventilator außerhalb seines Gehäuses 2 auf seiner Abström- oder Druckseite umgebenden Umgebungsluft, die häufig der freien athmosphärischen Umgebung oder einem großen, moderat temperierten Raum entspricht, in die der Ventilator die Ventilatorhauptströmung ausbläst. Das bedeutet, dass die von der Saugleitung 12 angesogene und anschließend in den Kühltopf 8 einströmende Kühlluft erheblich niedrigeres Temperaturniveau aufweist als die Ventilatorhauptströmung. Der innerhalb des Kühltopfes 8 angeordnete Elektromotor befindet sich somit zumindest teilweise in einer Umgebung mit niedrigerer Temperatur als beispielsweise das Laufrad 19 des Ventilators 57 mit seinen Flügeln 22, die dem hohen Temperaturniveau der Ventilatorhauptströmung ausgesetzt sind. Dadurch kann die Kühlung dieses Elektromotors maßgeblich erleichtert bzw. verbessert werden.It is also conceivable that it is guided past the downstream end of the housing 2 on the downstream side. When the fan 57 is in operation, which increases the total pressure or the static pressure of the main fan flow it conveys from the suction side assigned to the inlet nozzle 9 to the pressure side assigned to the outflow end of the diffuser 10, air now flows radially outward into the cooling device 40 or its suction line 12 as a result of the pressure gradient generated by the fan 57 and thus through the suction line 12 into the cooling pot 8 in which an electric motor to be cooled is arranged. This air then flows out of the cooling pot 8 through openings towards the impeller 19 of the fan 57 and mixes with the main fan flow. In many typical systems (see also example 6 ), the temperature level of the main fan flow that is sucked in through the inlet nozzle 9 is considerably higher than the temperature level of the ambient air surrounding the fan outside its housing 2 on its outflow or pressure side, which often corresponds to the free atmospheric environment or a large, moderately temperate room into which the fan blows the main fan flow. This means that the cooling air sucked in by the suction line 12 and then flowing into the cooling pot 8 has a considerably lower temperature level than the main fan flow. The electric motor arranged inside the cooling pot 8 is thus at least partially in an environment with a lower temperature than, for example, the impeller 19 of the fan 57 with its blades 22, which are exposed to the high temperature level of the main fan flow. This can significantly facilitate or improve the cooling of this electric motor.

Um den Motor 34 entsprechend der Darstellung in 3 mit dem Laufrad 19 sowie die innere Nachleiteinrichtung am äußeren Gehäuse 2 zu halten, sind die äußeren Strebenflügel 3 vorgesehen. Diese haben allenfalls eine untergeordnete strömungstechnische Funktion und dienen überwiegend der Befestigung der inneren Nachleiteinrichtung und somit des Motors 34 und dem Laufrad 19 am äußeren Gehäuse 2. Sie sind lärmgünstig ausgeführt, sodass infolge ihrer Präsenz im Betrieb des Ventilators 57 kein oder nur wenig zusätzlicher Lärm erzeugt wird. Insgesamt sind innerhalb des Gehäuses 2 im axialen Bereich des Diffusors 10 in Spannweitenrichtung gesehen (vom Nabenring 4 zum Diffusor 10 gesehen) zwei unterschiedliche Durchströmbereiche, ein äußerer Durchströmbereich 6 zwischen dem Zwischenring 5 und der Diffusorwand 10 des Gehäuses 2 und ein innerer Durchströmbereich 7 zwischen Nabenring 4 und Zwischenring 5 ausgebildet.To install the motor 34 as shown in 3 with the impeller 19 and the inner guide device to the outer housing 2, the outer strut wings 3 are provided. These have at most a subordinate fluidic function and are mainly used to attach the inner guide device and thus the motor 34 and the impeller 19 to the outer housing 2. They are designed to be noise-efficient so that no or only little additional noise is generated as a result of their presence when the fan 57 is in operation. Overall, within the housing 2 in the axial region of the diffuser 10, seen in the span direction (seen from the hub ring 4 to the diffuser 10), two different flow areas are formed: an outer flow area 6 between the intermediate ring 5 and the diffuser wall 10 of the housing 2 and an inner flow area 7 between the hub ring 4 and the intermediate ring 5.

Der innere Durchströmbereich 7 hat die tragenden inneren Leitelemente 11, die strömungstechnische Funktion haben und beispielsweise Strömungsdrall reduzieren, einen Aufbau von statischem Druck bewirken, Nabenrückströmung vermeiden oder reduzieren und die aufgrund ihrer radial inneren Lage nur wenig Lärm erzeugen.The inner flow area 7 has the supporting inner guide elements 11, which have a fluidic function and, for example, reduce flow swirl, cause a build-up of static pressure, prevent or reduce hub backflow and, due to their radially inner position, generate only little noise.

Der äußere Durchströmbereich 6 hat die ebenfalls tragenden Strebenflügel 3, im Ausführungsbeispiel 6 Stück, vorteilhaft 4-8 Stück, über dem Umfang verteilt, die lärmoptimiert ausgeführt sind. An der tragenden Nachleiteinheit 1 sind, an den Randbereichen des Gehäuses 2 zuström- und abströmseiteig Flansche integral ausgeführt, die vorteilhaft verschiedene Befestigungsvorkehrungen aufweisen.The outer flow area 6 has the supporting strut wings 3, in the embodiment 6 pieces, advantageously 4-8 pieces, distributed over the circumference, which are designed to be noise-optimized. On the supporting guide unit 1, on the edge areas of the housing 2, flanges are integrally designed on the inflow and outflow sides, which advantageously have various fastening provisions.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass erfindungsgemäße Kühlvorrichtungen auch in Ventilatoren mit Nachleiträdern ohne Zwischenring nutzbar sind, bei denen Nachleitflügel von einem Nabenring, der vorteilhaft auch die Außenwand des Kühltopfes ist, durchgängig bis hin zum Gehäuse verlaufen. Insbesondere bei solchen Ausführungsformen kann das Saugrohr 12 vorteilhaft auch einem Nachleitflügel folgend verlaufen, oder in einen Nachleitflügel ganz oder teilweise integriert verlaufen oder zumindest teilweise den betreffenden Nachleitflügel als Wandung nutzen oder an diesem befestigt sein. Es können auch mehrere Saugrohre genutzt werden, beispielsweise bei mehreren Nachleitflügeln.At this point, it should be noted that cooling devices according to the invention can also be used in fans with guide vanes without an intermediate ring, in which guide vanes run continuously from a hub ring, which is advantageously also the outer wall of the cooling pot, to the housing. In particular in such embodiments, the suction pipe 12 can advantageously also run following a guide vane, or run completely or partially integrated into a guide vane, or at least partially use the relevant guide vane as a wall or be attached to it. Several suction pipes can also be used, for example in the case of several guide vanes.

Auch bei Ventilatoren ohne Nachleitflügel können erfindungsgemäße Kühlvorrichtungen verwendet werden, wobei dann Aufhängungsstreben für die Anbindung des Motors ans Gehäuse vorgesehen sein müssen, die für die Befestigung des oder der Saugrohre verwendet werden können, noch weiter vorteilhaft kann das oder die Saugrohre in Aufhängungsstreben integriert sein. Wesentlich ist nur, dass kühlere Luft von der druckseitigen Umgebung hin in einen Kühltopf geleitet wird, ohne sich mit der Ventilatorhauptströmung zu vermischen, oder allenfalls sehr geringfügig. Bei anderen Ausführungsformen können Saugrohre einfach als Schlauch, Rohr, biegsame Rohrleitung oder dergleichen ausgeführt sein, beispielsweise auch in Form markterhältlicher Standardware. Maßgeblich ist, dass der innere Durchmesser der Saugleitung ausreichend groß ist, um genügend Kühlluft in den Kühltopf zu fördern.Cooling devices according to the invention can also be used with fans without guide vanes, in which case suspension struts must be provided for connecting the motor to the housing, which can be used to attach the suction pipe(s). Even more advantageously, the suction pipe(s) can be integrated into suspension struts. The only important thing is that cooler air is directed from the pressure-side environment into a cooling pot without mixing with the main fan flow, or at most only very slightly. In other embodiments, suction pipes can simply be designed as a hose, pipe, flexible pipe or the like, for example also in the form of standard products available on the market. The important thing is that the inner diameter of the suction line is large enough to convey enough cooling air into the cooling pot.

Beispielsweise kann der innere Durchmesser (bei nicht kreisrunden Querschnitten der äquivalente hydraulische Durchmesser) größer als 5 %, vorteilhaft größer als 10% des Durchmessers des Laufrades des Ventilators sein, wobei bei Verwendung mehrerer Saugrohre der äquivalente hydraulische Durchmesser des Gesamtquerschnitts aller Saugrohre Bemessungsgrundlage ist. Andererseits soll das Saugrohr keine zu große Behinderung für die Ventilatorhauptströmung, zu der es quer verläuft, darstellen. Deshalb können integrierte oder kombinierte Bauweisen mit Nachleitflügeln oder Aufhängungsstreben besonders vorteilhaft sein, oder längliche, nicht-runde Querschnittsformen, oder die Verwendung mehrerer schlanker Saugrohre.For example, the inner diameter (the equivalent hydraulic diameter for non-circular cross-sections) can be greater than 5%, preferably greater than 10% of the diameter of the fan impeller, whereby if several suction pipes are used, the equivalent hydraulic diameter of the total cross-section of all suction pipes is the basis for the design. On the other hand, the suction pipe should not represent too great an obstruction to the main fan flow to which it runs transversely. Therefore, integrated or combined designs with guide vanes or suspension struts can be particularly advantageous, or elongated, non-circular cross-sectional shapes, or the use of several slender suction pipes.

Am zuströmseitigen Flansch sind Befestigungsvorkehrungen 20 zur Befestigung der Nachleiteinheit 1 und somit des Ventilators 57 an einem übergeordneten Gerät oder System vorhanden, ebenso wie am abströmseitigen Flansch Befestigungsvorkehrungen 21 zur Befestigung der Nachleiteinheit 1 an einem übergeordneten Gerät oder System, wie beispielsweise einem Kühlgerät (Chiller) oder einer Wärmepumpe, ausgeführt sind.On the upstream flange, there are fastening provisions 20 for fastening the guide unit 1 and thus the fan 57 to a higher-level device or system, as well as on the downstream flange, there are fastening provisions 21 for fastening the guide unit 1 to a higher-level device or system, such as for example a cooling device (chiller) or a heat pump.

Des Weiteren sind am abströmseitigen Flansch Befestigungsvorkehrungen 25 für ein Berührschutzgitter vorgesehen, welche ähnlich auch am zuströmseitigen Flansch vorgesehen sein können. Die Berührschutzgitter können am Bereich 25 so versenkt angeschraubt werden, dass sie axial nicht über die Nachleiteinheit 1 überstehen, was zu einer guten Handhabbarkeit und zu einer guten Stapelbarkeit der Ventilatoren 57 führt. Zu diesem Zweck liegt auch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 40, umfassend insbesondere die Saugleitung 12, den Kühltopf 8 mit Kühltopfdeckel 43, in ihrer Gesamtheit axial zwischen dem zuströmseitigen und dem abströmseitigen Flansch der Nachleiteinheit 1 des Ventilators 57.Furthermore, fastening provisions 25 for a contact protection grid are provided on the downstream flange, which can also be provided in a similar way on the upstream flange. The contact protection grids can be screwed onto the area 25 in a countersunk manner so that they do not protrude axially beyond the downstream guide unit 1, which leads to good handling and good stackability of the fans 57. For this purpose, the cooling device 40 according to the invention, comprising in particular the suction line 12, the cooling pot 8 with cooling pot cover 43, in its entirety lies axially between the upstream and downstream flanges of the downstream guide unit 1 of the fan 57.

2 zeigt in perspektivischer Ansicht von der Zuströmseite her gesehen den Ventilator 57 mit Kühlvorrichtung 40 gemäß 1. Zusätzlich und ergänzend zu der Darstellung nach 1 ist das Laufrad 19 mit seinen an einer Nabe 31 einstückig befestigten Flügeln 22 besser zu erkennen. An der Nabe 31 des Laufrads 22 ist eine Nabenhaube 37 befestigt, vorteilhaft mit Rasthaken eingerastet. Die Nabenhaube 37 stellt im Nabenbereich des Laufrads 19, im Zusammenspiel mit der Nabe 37, eine strömungsgünstige Kontur sicher, welche vorteilhaft für hohen Wirkungsgrad und niedrige Schallwerte ist. Innerhalb der Nabenhaube 37, die in einem radial inneren Bereich eine große Öffnung aufweist, ist der Rotor 35 des Motors 34, hier vorteilhaft ein elektrischer Außenläufermotor, zu erkennen. Durch diese Gestaltung der Nabenhaube 37 mit einer inneren Öffnung ist eine gute Kühlung des Rotors 35 des Motors 34, zumindest mit der Luft der Ventilatorhauptströmung, gewährleistet. Es ist auch denkbar, zur Zuströmseite hin geschlossene Laufradnaben auszuführen, um innerhalb darin eine Umströmung des Rotors 35 ganz oder teilweise mit der kühleren Luft der Kühlvorrichtung 40, die durch eine Saugleitung 12 einströmt, zu erreichen. 2 shows in perspective view from the inflow side the fan 57 with cooling device 40 according to 1 . In addition and in addition to the presentation according to 1 the impeller 19 with its blades 22 attached in one piece to a hub 31 can be seen better. A hub cover 37 is attached to the hub 31 of the impeller 22, preferably locked in place with locking hooks. The hub cover 37 ensures a streamlined contour in the hub area of the impeller 19, in conjunction with the hub 37, which is advantageous for high efficiency and low noise levels. The rotor 35 of the motor 34, here advantageously an electric external rotor motor, can be seen inside the hub cover 37, which has a large opening in a radially inner area. This design of the hub cover 37 with an inner opening ensures good cooling of the rotor 35 of the motor 34, at least with the air from the main fan flow. It is also conceivable to design impeller hubs that are closed towards the inflow side in order to achieve a flow around the rotor 35 completely or partially with the cooler air of the cooling device 40, which flows in through a suction line 12.

Im Betrieb des Ventilators 57 rotiert das Laufrad 19, angetrieben vom Rotor 35 des Motors 34, an dem es befestigt ist, in Drehrichtung 32, hier etwa im Uhrzeigersinn. Dadurch wird vom Ventilator 57 ein Fördermedium, häufig Luft, in Form der Ventilatorhauptströmung von der hier im Vordergrund sichtbaren Zuströmseite in Durchströmrichtung durch die axialen Bereiche Einlaufdüse 9, Laufradbereich 29 und Diffusor 10 zu der axial der Zuströmseite gegenüberliegenden Abströmseite gefördert. Insbesondere wird auf den so geförderten Fördermedienstrom Energie übertragen, der in Form einer Druckerhöhung, insbesondere einer Totaldruckerhöhung und/oder einer Erhöhung des statischen Druckes, messbar ist. Der Fördermedienstrom teilt sich hier stromab des Laufrads in zwei Hauptanteile auf, einen Anteil, der durch den äußeren Durchströmbereich 6 strömt und einen zweiten, der durch den inneren Durchströmbereich 7 strömt.When the fan 57 is in operation, the impeller 19, driven by the rotor 35 of the motor 34 to which it is attached, rotates in the direction of rotation 32, here approximately clockwise. As a result, the fan 57 conveys a conveying medium, frequently air, in the form of the main fan flow from the inflow side visible here in the foreground in the flow direction through the axial areas of the inlet nozzle 9, impeller area 29 and diffuser 10 to the outflow side axially opposite the inflow side. In particular, energy is transferred to the conveying medium flow conveyed in this way, which can be measured in the form of an increase in pressure, in particular an increase in total pressure and/or an increase in static pressure. The conveying medium flow is divided downstream of the impeller into two main parts, one part that flows through the outer flow area 6 and a second part that flows through the inner flow area 7.

Das Laufrad 19 mit seinen Flügeln 22 prägt der Ventilatorhauptströmung eine signifikante Umfangskomponente in der Strömungsgeschwindigkeit auf, die zumindest unmittelbar nach Durchtritt der Ventilatorhauptströmung durch das Laufrad 19 vorliegt. Durch diese Umfangsgeschwindigkeiten entsteht zwangsweise in achsnahen Bereichen ein statischer Unterdruck im Vergleich zu den achsfernen Bereichen und insbesondere zu dem Bereich am Gehäuse 2. Der statische Druck am Gehäuse 2 entspricht, am Austritt der Ventilatorhauptströmung aus dem Diffusor 10 bzw. am abströmseitigen Ende des Gehäuses 2, in etwa dem Umgebungsdruck der druckseitigen Umgebung, in die das äußere Ende des Saugrohrs 12 (1) mündet. Das bedeutet, dass das Druckniveau am äußeren Ende des Saugrohrs 12 höher ist als das Druckniveau im Kühltopf 8, der achsnah angeordnet ist und mit der Ventilatorhauptströmung strömungsverbunden ist, was zwangsweise dazu führt, dass Luft von außen nach innen durch das Saugrohr 12 in den Kühltopf 8 strömt. Diese Luft hat in vielen Anwendungen ein niedrigeres Temperaturniveau als die Ventilatorhauptströmung, weshalb ihre Verwendung zur Kühlung beispielsweise des Elektromotors 34 innerhalb des Kühltopfes 8 besonders vorteilhaft ist. Im Ausführungsbeispiel strömt die Kühlluft nach Durchströmen des Kühltopfes 8 in einem Bereich zwischen Kühltopf 8 und Nabe 31 des Laufrades 19 aus dem Kühltopf 8 aus, wobei sie zunächst noch ins Hauptkühlsystem des Elektromotors 34 mit seinen am Stator 36 integrierten Statorkühlrippen 50 vorbeiströmt und dort maßgeblich zu einer verbesserten Kühlung des Elektromotors 34 beiträgt.The impeller 19 with its blades 22 imposes a significant circumferential component in the flow velocity on the main fan flow, which is present at least immediately after the main fan flow passes through the impeller 19. These circumferential velocities inevitably create a static negative pressure in the areas close to the axis compared to the areas far from the axis and in particular to the area on the housing 2. The static pressure on the housing 2 corresponds, at the outlet of the main fan flow from the diffuser 10 or at the downstream end of the housing 2, approximately to the ambient pressure of the pressure-side environment into which the outer end of the suction pipe 12 ( 1 ). This means that the pressure level at the outer end of the intake pipe 12 is higher than the pressure level in the cooling pot 8, which is arranged close to the axis and is flow-connected to the main fan flow, which inevitably leads to air flowing from the outside to the inside through the intake pipe 12 into the cooling pot 8. In many applications, this air has a lower temperature level than the main fan flow, which is why its use for cooling, for example, the electric motor 34 within the cooling pot 8 is particularly advantageous. In the exemplary embodiment, the cooling air flows out of the cooling pot 8 in an area between the cooling pot 8 and the hub 31 of the impeller 19 after flowing through the cooling pot 8, where it initially flows past the main cooling system of the electric motor 34 with its stator cooling fins 50 integrated on the stator 36, where it makes a significant contribution to improved cooling of the electric motor 34.

In 3 ist in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse der Ventilator 57 mit Kühlvorrichtung 40 gemäß 1 und 2 dargestellt, wobei der Motor 34 und das Laufrad 19 nicht geschnitten dargestellt sind. 3a ist eine Detaildarstellung im Bereich des vom Nabenring 4 radial außen begrenzten Kühltopfes 8, der Teil der Kühlvorrichtung 40 ist. Ergänzend zu den betreffenden Figuren kann hier auch sehr gut die Kontur der aerodynamisch günstig, gerundet und tangentenstetig an die Nabe 31 des Laufrads 19 übergehend gestaltete Nabenhaube 37, die im Bereich der Nabe des Laufrads 19 angebracht ist, erkannt werden. Am Rotor 35 (siehe 2) des Motors 34 ist das Laufrad 19 mit seiner Nabe 31 und Flügeln 22, befestigt, wobei zwischen den Laufradflügeln 22 mit den Winglets 38 und dem Laufradbereich 29 des Gehäuses 2, in dem das Laufrad 19 in Achsrichtung gesehen etwa angeordnet ist, ein kleiner radialer Abstand ausgebildet ist und ein Strömungsspalt vorhanden ist.In 3 is in a side view and in section on a plane through the axis of the fan 57 with cooling device 40 according to 1 and 2 , whereby the motor 34 and the impeller 19 are not shown in section. 3a is a detailed view of the area of the cooling pot 8, which is radially delimited on the outside by the hub ring 4 and is part of the cooling device 40. In addition to the relevant figures, the contour of the aerodynamically favorable, rounded and tangent-continuously designed hub cover 37, which is attached in the area of the hub of the impeller 19, can also be clearly seen here. On the rotor 35 (see 2 The impeller 19 with its hub 31 and blades 22 is fastened to the housing 34 (FIG. 1), wherein a small radial distance is formed between the impeller blades 22 with the winglets 38 and the impeller region 29 of the housing 2, in which the impeller 19 is approximately arranged in the axial direction, and a flow gap is present.

Der Motor 34, bestehend aus Stator 36 und Rotor 35, ist mit seinem Stator 36 innerhalb des Kühltopfes 8 angeordnet. Der Stator 36, mit dem hier daran integrierten Elektroniktopf 13, ist am auch als Motorbefestigungsflansch 59 dienenden vorderen Flansch 54 des Kühltopfes 8 befestigt. Der Motor 34 begrenzt also im Zusammenspiel mit dem vorderen Flansch 54 den Kühltopf 8 hin zur Rotorseite des Motors 34 bzw. hin zur Einströmseite der Ventilatorhauptströmung, die in der gezeigten Darstellung rechts liegt. Allerdings ist der Kühltopf 8 zu dieser Seite hin nicht komplett abgedichtet, sondern Kühlluft kann zu dieser Rotorseite hin durch Kühldurchlässe 42 ausströmen. Zur Abströmseite der Ventilatorhauptströmung hin, welche in dieser Darstellung links liegt, ist der Kühltopf 8 durch den Kühltopfdeckel 43, weitestgehend abgedichtet. Die Saugleitung 12, welche außerhalb des Gehäuses 2 im druckseitigen Anschlussraum des Ventilators 57 einen Einlass 23 hat, der gegebenenfalls auch ein Anschluss an eine andere Kühlströmungsleitung sein kann, mündet innen in den Kühltopf 8.The motor 34, consisting of stator 36 and rotor 35, is arranged with its stator 36 inside the cooling pot 8. The stator 36, with the electronics pot 13 integrated therein, is attached to the front flange 54 of the cooling pot 8, which also serves as the motor mounting flange 59. The motor 34, in conjunction with the front flange 54, thus limits the cooling pot 8 towards the rotor side of the motor 34 or towards the inflow side of the main fan flow, which is on the right in the illustration shown. However, the cooling pot 8 is not completely sealed on this side, but cooling air can flow out to this rotor side through cooling openings 42. On the outflow side of the main fan flow, which is on the left in this illustration, the cooling pot 8 is largely sealed by the cooling pot cover 43. The suction line 12, which has an inlet 23 outside the housing 2 in the pressure-side connection space of the fan 57, which can optionally also be a connection to another cooling flow line, opens into the cooling pot 8 on the inside.

Infolge des vom Ventilator 57 in dessen Betrieb erzeugten Druckfeldes strömt nun Luft aus dem druckseitigen Anschlussraum quer zur Ventilatorhauptströmung in den Kühltopf 8 ein, anschließend durch die Kühldurchlässe 42 hin zur Rotorseite aus und vermischt sich letzten Endes mit der Ventilatorhauptströmung, mit der sie mitgerissen wird und zur Ventilatoraustrittsseite gefördert wird. Auf ihrem Strömungspfad kann diese Kühlluftströmung nun in verschiedener Art und Weise besonders vorteilhaft zur Kühlung des Elektromotors 34, hier vorteilhaft ausgeführt als Außenläufermotor mit integrierter Steuerelektronik, beitragen. Zunächst wird der Stator 36 bzw. das daran befestigte oder integrierte Elektronikgehäuse 13 innerhalb des Kühltopfes 8 an seinen Außenwänden infolge des niedrigeren Temperaturniveaus im Kühlopf 8 gekühlt, d.h. Wärme kann effektiv auf die relativ (im Vergleich zur Ventilatorhauptströmung) kühle Kühlluft abgegeben werden.As a result of the pressure field generated by the fan 57 during its operation, air now flows from the pressure-side connection space into the cooling pot 8 transversely to the main fan flow, then out through the cooling passages 42 towards the rotor side and finally mixes with the main fan flow, with which it is entrained and conveyed to the fan outlet side. On its flow path, this cooling air flow can now contribute in various ways to cooling the electric motor 34, here advantageously designed as an external rotor motor with integrated control electronics. Firstly, the stator 36 or the electronics housing 13 attached to it or integrated therein is cooled on its outer walls within the cooling pot 8 as a result of the lower temperature level in the cooling pot 8, i.e. heat can be effectively released into the relatively cool cooling air (in comparison to the main fan flow).

Besonders vorteilhaft ist im Ausführungsbeispiel auch, dass die Kühlluft durch von Kühlströmungsführungen 14 begrenzte Kühlströmungskanäle 41 mit eher hoher Strömungsgeschwindigkeit nahe an der zu kühlenden Außenwand des Elektronikgehäuses 13 vorbeigeleitet wird, vorteilhaft insbesondere in besonders gut zu kühlenden Bereichen in der Nähe von stark Wärme abgebenden Leistungselektronikbauteilen im inneren des Elektroniktopfes 13 wie beispielsweise einer Ausgangsstufe (IGBT), einer Eingangsstufe, oder auch gegenüber von besonders temperaturempfindlichen Bauteilen. Dies führt zu einer besonders effizienten Kühlung dieser Bereiche. Im weiteren Verlauf der Kühlströmung strömt Kühlluft durch einen oder mehrere Kühldurchlässe 42 aus dem Kühltopf 8 hin zur Rotorseite aus.It is also particularly advantageous in the exemplary embodiment that the cooling air is guided through cooling flow channels 41 delimited by cooling flow guides 14 at a relatively high flow speed close to the outer wall of the electronics housing 13 to be cooled, advantageous in particular in areas that are particularly easy to cool near power electronics components that emit a lot of heat inside the electronics housing 13, such as an output stage (IGBT), an input stage, or opposite particularly temperature-sensitive components. This leads to particularly efficient cooling of these areas. As the cooling flow continues, cooling air flows out of the cooling housing 8 towards the rotor side through one or more cooling passages 42.

Im Ausführungsbeispiel ist noch ein rotorseitiger Aufnahmebereich 46 ausgeführt, der einen Bereich darstellt, der radial nach außen ebenfalls vom Nabenring 4 begrenzt ist und innerhalb dessen der Flansch 49 des Stators angeordnet und am Motortragflansch 59 bzw. Flansch 54 des Kühltopfes 8 befestigt ist. Am Statorflansch 49 sind vorteilhaft die Statorkühlrippen 50 angefertigt, die ein maßgebliches, Wärme abführendes Element des Hauptkühlsystems des Motors 34 darstellen. Das am Rotor 35 angebrachte Kühllüfterrad 51 saugt an seinem radial innen liegenden Einströmbereich Kühlluft, die zuvor über die Kühlrippen 50 des Stators 36 strömt, ein und schleudert diese Kühlluft, die an den Statorkühlrippen 50 bereits Abwärme aufgenommen hat, radial nach außen ab, wo sie sich mit der Ventilatorhauptströmung vermischt und mit dieser zur Abströmseite des Ventilators 57 weitergefördert wird. Jedenfalls wird nun, in Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 40, die aus dem Kühltopf 8 strömende Kühlluft nach Durchtritt durch den mindestens einen Kühldurchlass 42 infolge der Wirkweise des Hauptkühlsystems des Motors 34 in das Hauptkühlsystem des Motors 34 eingebracht und an den Kühlrippen 50 vorbeigeleitet, wo sie aufgrund ihres immer noch relativ niedrigen Temperaturniveaus besonders effektiv Wärme aufnehmen kann. Insofern nutzt die Kühlvorrichtung 40 unter anderem das bereits vorgesehene Hauptkühlsystem des Motors 34, in dem es dort besonders kühle Luft einleitet und den Effekt des Hauptkühlsystems entscheidend erhöht, ohne hier eine zusätzliche Aufnahmeleistung, Schallerzeugung oder ähnliches zu verursachen.In the exemplary embodiment, a rotor-side receiving area 46 is also provided, which represents an area that is also delimited radially outwards by the hub ring 4 and within which the flange 49 of the stator is arranged and fastened to the motor support flange 59 or flange 54 of the cooling pot 8. The stator cooling fins 50, which represent a significant heat-dissipating element of the main cooling system of the motor 34, are advantageously made on the stator flange 49. The cooling fan wheel 51 attached to the rotor 35 sucks in cooling air, which previously flows over the cooling fins 50 of the stator 36, at its radially inner inflow area and throws this cooling air, which has already absorbed waste heat from the stator cooling fins 50, radially outwards, where it mixes with the main fan flow and is conveyed with it to the downstream side of the fan 57. In any case, with regard to the cooling device 40 according to the invention, the cooling air flowing out of the cooling pot 8 is introduced into the main cooling system of the engine 34 after passing through the at least one cooling passage 42 as a result of the operation of the main cooling system of the engine 34 and is guided past the cooling fins 50, where it can absorb heat particularly effectively due to its still relatively low temperature level. In this respect, the cooling device 40 uses, among other things, the main cooling system of the engine 34 that is already provided, by introducing particularly cool air there and significantly increasing the effect of the main cooling system without causing additional power consumption, noise generation or the like.

Zur Versteifung und Stabilisierung der Verbindung des Motors 34 mit der tragenden Nachleiteinheit 1, in die der Kühltopf 8 hier vorteilhaft einstückig integriert ist, sind noch Versteifungsrippen 58 innerhalb des Kühltopfes 8 angebracht. Diese verstärken die Verbindung des Nabenrings 4 der tragenden Nachleiteinheit 1 mit dem Befestigungsflansch 59 für den Motor 34, der auch den Flansch des Kühltopfes 8 bzw. dessen rotorseitige Begrenzung darstellt.To reinforce and stabilize the connection of the motor 34 with the supporting guide unit 1, into which the cooling pot 8 is advantageously integrated as a single piece, reinforcing ribs 58 are also attached within the cooling pot 8. These reinforce the connection of the hub ring 4 of the supporting guide unit 1 with the fastening flange 59 for the motor 34, which also represents the flange of the cooling pot 8 or its rotor-side boundary.

Es ist denkbar, beim Formwerkzeug zur Fertigung der tragenden Nachleiteinheit 1 mit dem daran integrierten Kühltopf 8 der Kühlvorrichtung 40 Wechseleinsätze im Bereich innerhalb des Nabenrings 4, also Kühltopf 8, vorzusehen, um verschiedene Schnittstellen zu verschiedenen Motoren und/oder verschiedene Ausführungsformen der hier integral mit der tragenden Nachleiteinrichtung 1 angefertigten Kühlvorrichtung 40 zu realisieren. Dabei kann, neben dem Lochkreis zur Befestigung der Motoren, beispielsweise auch die axiale Anschraubebene für den Motor 34, also die axiale Position des Kühlvorrichtungsflansches / Motortragflansches 54, 59, innerhalb des Kühltopfes 8 variieren. Auch das Vorhandensein oder die Gestaltung der Kühlströmungsführungen 14 kann variieren und an den jeweils vorgesehenen Motor angepasst sein.It is conceivable to provide interchangeable inserts in the area inside the hub ring 4, i.e. cooling pot 8, in the mold for manufacturing the supporting guide unit 1 with the cooling pot 8 of the cooling device 40 integrated therein, in order to realize different interfaces to different motors and/or different embodiments of the cooling device 40 manufactured here integrally with the supporting guide device 1. In this case, in addition to the bolt circle for fastening the motors, for example, the axial screwing plane for the motor 34, i.e. the axial position of the cooling device flange / motor support flange 54, 59, within the cooling pot 8 can also vary. The presence or design of the cooling flow guides 14 can vary and be adapted to the respective intended motor.

Vom Motor 34, der hier ein Außenläufermotor ist und der weiter vorteilhaft als EC-Motor, vorteilhaft mit integriertem Motorelektronikgehäuse 13, ausgeführt ist, ist der Stator 36 zu erkennen. Am Stator 36 ist ein daran integrierter Elektroniktopf / Elektronikgehäuse 13 ausgebildet. Ein Elektroniktopf / Elektronikgehäuse kann auch als separates Bauteil an einem Stator befestigt sein. Die Kühlvorrichtung 40 fördert in ihrer Wirkweise die Wärmeabfuhr von Abwärme am Stator 36 des Motors 34 und im Ausführungsbeispiel insbesondere von dessen Elektroniktopf 13, insbesondere in dem es über die Saugleitung 12 Kühlluft, die kühler als die Ventilatorhauptströmung ist, zu Kühlzwecken in den Bereich des Motors 34 im Kühltopf 8 fördert, aber auch durch die spezielle strömungstechnische Gestaltung insbesondere des Inneren des Kühltopfes 8. Dadurch werden elektromagnetisch wirksame Komponenten und Elektronikkomponenten besser gekühlt, und der Motor 34 kann bei gleicher Umgebungs- bzw. Fördermitteltemperatur höhere Drehmomente und somit höhere Leistungen erbringen.The stator 36 can be seen from the motor 34, which is an external rotor motor here and is also advantageously designed as an EC motor, advantageously with an integrated motor electronics housing 13. An electronics housing/electronics housing 13 is integrated into the stator 36. An electronics housing/electronics housing can also be attached to a stator as a separate component. The cooling device 40 promotes the heat dissipation of waste heat from the stator 36 of the motor 34 and, in the exemplary embodiment, in particular from its electronics housing 13, in particular by conveying cooling air, which is cooler than the main fan flow, into the area of the motor 34 in the cooling housing 8 via the suction line 12 for cooling purposes, but also through the special flow design, in particular of the interior of the cooling housing 8. This means that electromagnetically active components and electronic components are cooled better, and the motor 34 can produce higher torques and thus higher performance at the same ambient or conveying medium temperature.

Der Kühltopf 8 ist im Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass er, ohne den Deckel 43, in seiner Integralität inklusive Kühlströmungsführung 14 einstückig hinterschneidungsfrei aus einem Gusswerkzeug, insbesondere aus einem Kunststoffspritzgusswerkzeug, entformt werden kann, und zwar mit zwei formgebenden Werkzeugteilen, die in Axialrichtung zum Bauteil aus dem Bauteil entformt werden, einer davon nach rechts in der Ansicht in Richtung Ventilatorzuströmseite und einer nach links in der Ansicht in Richtung Ventilatorabströmseite. Dadurch befindet sich die engste Stelle zwischen Kühlströmungsführung 14 und Stator 36 bzw. Elektroniktopf 13 etwa am dem Statorflansch 49 abgewandten Rand der Kühlströmungsführung 14. Dies ist für die eine wirtschaftliche Herstellung des entsprechenden Werkzeugs und für eine wirtschaftliche Fertigung der Bauteile (Kühlvorrichtungen 40) in einer Massenproduktion besonders vorteilhaft.In the exemplary embodiment, the cooling pot 8 is designed such that it can be demolded from a casting tool, in particular from a plastic injection molding tool, in its integrity without the cover 43, including the cooling flow guide 14, in one piece and without undercuts, with two shaping tool parts that are demolded from the component in the axial direction of the component, one of which to the right in the view towards the fan inflow side and one to the left in the view towards the fan outflow side. As a result, the narrowest point between the cooling flow guide 14 and the stator 36 or electronics pot 13 is located approximately at the edge of the cooling flow guide 14 facing away from the stator flange 49. This is particularly advantageous for the economical manufacture of the corresponding tool and for the economical manufacture of the components (cooling devices 40) in mass production.

4 zeigt in axialer Draufsicht und von der Abströmseite her gesehen den Ventilator 57 mit der Kühlvorrichtung 40 mit Kühltopf 8, der hier in eine tragenden Nachleiteinheit 1 integriert ist, gemäß den 1 bis 3. Es sind, ergänzend zu den Ausführungen zu 1 bis 3, gut der Verlauf der Saugleitung 12 quer zur Ventilatorhauptströmung den inneren Durchströmbereich 7 und den äußeren Durchströmbereich 6 durchquerend zu erkennen. Die Saugleitung 12 folgt in ihrem Verlauf etwa dem Verlauf eines inneren Nachleitflügels 11 und eines Strebenflügels 3, um die Versperrungswirkung bezüglich der Ventilatorhauptströmung zu minimieren. 4 shows in axial plan view and from the downstream side the fan 57 with the cooling device 40 with cooling pot 8, which is here integrated into a supporting guide unit 1, according to the 1 to 3 . In addition to the comments on 1 to 3 , the course of the suction line 12 can be clearly seen running transversely to the main fan flow, crossing the inner flow area 7 and the outer flow area 6. The suction line 12 follows the course of an inner guide vane 11 and a strut vane 3 in order to minimize the blocking effect with respect to the main fan flow.

Saugleitungen 12 können auch an Nachleitflügeln, Streben oder dergleichen befestigt werden, oder sogar komplett oder teilweise integral mit diesen gefertigt werden, beispielsweise in Form von innen hohlen Nachleitflügeln. Es sind weiter die Kabelanschlüsse 44 am Kühltopf 8 zu erkennen. Denn es müssen Stromversorgungskabel und ggf. elektrische Steuerleitungen von außen, von außerhalb des Ventilators 57 und dessen Gehäuse 2, in den Kühltopf 8 zum Elektromotor 34 bzw. dessen Stator 36 geführt werden. Es ist auch denkbar, diese elektrischen Leitungen innerhalb einer Saugleitung 12 zu verlegen, um sich Anschlüsse 44 und weitere separate Durchbrüche am äußeren Gehäuse 2 für die Kabel sparen zu können. Bei einer solchen vorteilhaften Gestaltung sind die elektrischen Leitungen auch nicht den höheren Temperaturen der Ventilatorhauptströmung ausgesetzt.Suction lines 12 can also be attached to guide vanes, struts or the like, or even manufactured completely or partially integrally with them, for example in the form of guide vanes that are hollow inside. The cable connections 44 on the cooling pot 8 can also be seen. This is because power supply cables and possibly electrical control lines have to be led from the outside, from outside the fan 57 and its housing 2, into the cooling pot 8 to the electric motor 34 or its stator 36. It is also conceivable to lay these electrical lines within a suction line 12 in order to be able to save connections 44 and further separate openings on the outer housing 2 for the cables. With such an advantageous design, the electrical lines are also not exposed to the higher temperatures of the main fan flow.

4a zeigt in ebener axialer Draufsicht von der Abströmseite her gesehen den Ventilator 57 mit Kühlvorrichtung 40 aus 1 bis 4, wobei hier im Unterschied zu 4 der abströmseitige Deckel 43 des Kühltopfes 8 nicht dargestellt ist, wodurch Elemente im Kühltopf 8 und auch der Stator 36 bzw. das Elektronikgehäuse 13 des Motors 34 sichtbar sind. Die Kühlströmungsführungen 14 sind gut zu erkennen, die die Kühlluft mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit nahe an zu kühlenden Außenwänden des Elektronikgehäuses 13 vorbeitleiten, um dort Abwärme effektiv aufnehmen zu können, ehe sie durch die dahinter liegenden Kühlluftdurchlässe 42 in Richtung Rotor bzw. Laufrad 19 aus dem Kühltopf 8 austritt. Der Motor 34 wird mit seinem Stator 36 am Motortragflansch 59, der auch die rotorseitige Begrenzung des Kühltopfes 8 ist, mittels Befestigungsvorkehrungen 18, vorzugsweise Schrauben, befestigt. 4a shows in a planar axial view from the downstream side the fan 57 with cooling device 40 from 1 to 4 , whereby in contrast to 4 the downstream cover 43 of the cooling pot 8 is not shown, whereby elements in the cooling pot 8 and also the stator 36 or the electronics housing 13 of the motor 34 are visible. The cooling flow guides 14 are clearly visible, which guide the cooling air at a relatively high flow rate close to the outer walls of the electronics housing 13 to be cooled in order to be able to absorb waste heat effectively there before it exits the cooling pot 8 through the cooling air openings 42 behind it in the direction of the rotor or impeller 19. The motor 34 is attached with its stator 36 to the motor support flange 59, which is also the rotor-side boundary of the cooling pot 8, by means of fastening devices 18, preferably screws.

Es sei angemerkt, dass auch Ausführungsformen ohne Kühlströmungsführung 14 denkbar sind. Die Ausbildung einer Kühlströmungsführung 14 und somit eines Kühlströmungskanals 41 (3a) mit, was dessen Mittellinie im Schnitt gesehen betrifft, zumindest bereichsweise sehr geringem Abstand zur Außenbewandung des Stators 36 bzw. des Elektroniktopfs 13, ist aber besonders vorteilhaft. Maßgeblich ist jedoch zumindest die Ausführung eines Kühldurchlasses 42 im axialen Bereich des Kühltopfflansches 54, um die beschriebene Durchströmung des Kühltopfes 8 im Zusammenspiel mit dem Elektromotor 34 im Betrieb des Ventilators 57 zur erreichen.It should be noted that embodiments without a cooling flow guide 14 are also conceivable. The formation of a cooling flow guide 14 and thus of a cooling flow channel 41 ( 3a) with, as far as its center line in section is concerned, at least in some areas a very small distance to the outer wall of the stator 36 or the electronics pot 13, is particularly advantageous. However, the design of at least one cooling passage 42 in the axial area of the cooling pot flange 54 is crucial in order to achieve the described flow through the cooling pot 8 in interaction with the electric motor 34 when the fan 57 is operating.

5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer einteiligen Komponente einer Kühlvorrichtung, die die Elemente der Abdeckung 43 eines Kühltopfes zur Abströmseite eines Ventilators hin (vgl. 1-4) und einer Saugleitung 12 umfasst. Der Deckel 43 besteht im Wesentlichen aus einem hier eher ebenen, axial abschließenden Bereich 45 und einem Seitenbereich 47, an dem das Saugrohr 12 angebracht ist. Der Seitenbereich 47 ist vorteilhaft komplementär zu einer entsprechenden Aussparung an einem Nabenring eines Kühltopfs ausgebildet, sodass insgesamt, im zusammengebauten Zustand, der Kühltopf einen zur Abströmseite des Ventilators hin abgeschlossenen Bereich bildet (mit Ausnahme des Saugrohrs 12). Die dargestellte Komponente kann vorteilhaft in Kunststoffspritzguss gefertigt sein, wobei der Innenbereich des Saugrohrs 12 dann mit einem Wasser- oder Luftverdrängungsverfahren im Spritzgussprozess geformt werden kann. 5 shows in a perspective view an embodiment of a one-piece component of a cooling device which extends the elements of the cover 43 of a cooling pot towards the downstream side of a fan (cf. 1-4 ) and a suction line 12. The cover 43 consists of Essentially from a rather flat, axially closing area 45 and a side area 47 to which the suction pipe 12 is attached. The side area 47 is advantageously designed to complement a corresponding recess on a hub ring of a cooling pot, so that overall, in the assembled state, the cooling pot forms an area closed off from the downstream side of the fan (with the exception of the suction pipe 12). The component shown can advantageously be manufactured using plastic injection molding, whereby the inner area of the suction pipe 12 can then be formed using a water or air displacement process in the injection molding process.

5a zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine einteilige Komponente einer Kühlvorrichtung, die die Elemente der Abdeckung 43 des Kühltopfes zur zur Abströmseite eines Ventilators hin (vgl. 1-4) und eines Anschlusses 63 einer Saugleitung umfasst. Bei der dargestellten Komponente ist kein Saugrohr integriert, sondern ein Anschlussstutzen 63 für eine Saugleitung, beispielsweise einen Saugschlauch, integriert. Angeschlossen werden können beispielsweise flexible Schläuche aller möglichen Arten, wie sie im Handel erhältlich sind, insbesondere auch Kabelleerrohre, die beispielsweise bei der Verlegung von Kabeln in Fußböden oder im Erdreich verwendet werden. Wichtig ist es, einen ausreichenden Durchströmdurchmesser des Saugrohres und somit auch des Stutzens 63 zu wählen. So soll der engste effektive Querschnitt für die Kühlströmung im Bereich der Saugleitungen (bei mehreren in Summe über alle Saugleitungen) vorteilhaft nicht wesentlich kleiner sein als der engste effektive Durchströmquerschnitt im weiteren Strömungspfad bis hin zum Austritt aus dem Kühltopf (vgl. 3, 3a). 5a shows in a perspective view a one-piece component of a cooling device which connects the elements of the cover 43 of the cooling pot to the downstream side of a fan (cf. 1-4 ) and a connection 63 of a suction line. The component shown does not have an integrated suction pipe, but rather a connection piece 63 for a suction line, for example a suction hose. For example, all kinds of flexible hoses that are commercially available can be connected, in particular empty cable pipes that are used, for example, when laying cables in floors or in the ground. It is important to select a sufficient flow diameter for the suction pipe and thus also for the connection piece 63. The narrowest effective cross-section for the cooling flow in the area of the suction lines (if there are several, across all suction lines) should advantageously not be significantly smaller than the narrowest effective flow cross-section in the further flow path up to the outlet from the cooling pot (cf. 3 , 3a) .

6 zeigt in perspektivischer Ansicht von der Ausströmseite der beiden Ventilatoren 57 her gesehen ein lufttechnisches Gerät 64 mit zwei über Wärmetauscher 65 ansaugenden Ventilatoren 57 jeweils mit tragender Nachleiteinheit 1 und Kühlvorrichtung 40. Im Ausführungsbeispiel ist ein Gerät mit V-förmigen Wärmetauschern 65 und zwei Ventilatoren 57 jeweils mit Kühlvorrichtung 40 dargestellt. Im Betrieb saugen die Ventilatoren 57 Umgebungsluft durch die Wärmetauscher 65 in einen durch Gerätewände 66 und die Düsenplatte 56 gebildeten Innenraum des Gerätes 64, wodurch diese Luft erwärmt oder erhitzt wird und gleichzeitig Wärme von den Wärmetauschern 65 bzw. einem darin zirkulierenden Kältemittel entzogen wird. Die Wärme kommt durch einen Kühlmittelkreislauf mit Verteilerrohren 68 und Anschlüssen 67 auf den Wärmetauscher und somit anschließend auf die durch die Ventilatoren 57 über den Innenraum des Gerätes eingesogene Umgebungsluft. Also ist die Hauptströmung durch die Ventilatoren 57, die die warme oder heiße Luft aus dem Innenraum des Gerätes 64 ansaugen, von hohen Fördermitteltemperaturen geprägt. Infolge der Funktionsweise der Kühlvorrichtungen 40 wird nun der Elektromotor der Ventilatoren allerdings zumindest teilweise mit der kühleren Luft der Umgebung gekühlt. Diese kühlere Umgebungsluft wird, ohne von den Wärmetauschern erwärmt zu werden, durch die Einlässe 23 in die Saugleitungen 12 eingesaugt und gelangt anschließend in die Kühltöpfe 8 der Kühlvorrichtungen 40. Dort wirkt sie wie anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 1-4 beschrieben und verbessert die Kühlung der eingebauten Elektromotoren erheblich. Auf verblüffende und einfach erscheinende Art und Weise können dadurch die Motoren bzw. die Ventilatoren 57 bei sehr hohen Fördermitteltemperaturen betrieben werden, ohne dass die Motoren überhitzen und dadurch eine reduzierte Lebensdauer haben müssten. Dies ermöglicht eine besonders hohe Kühlleistung bzw. Kühlleistungsdichte derartiger lufttechnischer Geräte (beispielsweise Kühlgeräte). 6 shows a perspective view from the outflow side of the two fans 57 of an air-conditioning device 64 with two fans 57 taking in air via heat exchangers 65, each with a supporting guide unit 1 and a cooling device 40. The exemplary embodiment shows a device with V-shaped heat exchangers 65 and two fans 57, each with a cooling device 40. During operation, the fans 57 suck ambient air through the heat exchangers 65 into an interior of the device 64 formed by device walls 66 and the nozzle plate 56, whereby this air is warmed or heated and at the same time heat is extracted from the heat exchangers 65 or a coolant circulating therein. The heat is transferred to the heat exchanger via a coolant circuit with distributor pipes 68 and connections 67 and thus subsequently to the ambient air sucked in by the fans 57 via the interior of the device. The main flow through the fans 57, which suck in the warm or hot air from the interior of the device 64, is therefore characterized by high conveying medium temperatures. As a result of the functioning of the cooling devices 40, the electric motor of the fans is now at least partially cooled with the cooler air from the environment. This cooler ambient air is sucked into the suction lines 12 through the inlets 23 without being heated by the heat exchangers and then reaches the cooling pots 8 of the cooling devices 40. There it acts as shown in the embodiment according to 1-4 described and significantly improves the cooling of the installed electric motors. In an astonishing and seemingly simple manner, the motors or fans 57 can be operated at very high conveying medium temperatures without the motors overheating and thus having a reduced service life. This enables a particularly high cooling capacity or cooling capacity density of such air-conditioning devices (for example cooling devices).

Es ist vorteilhaft, wenn die aus den Ventilatoren 57 an deren Austritt austretende Luft der Ventilatorhauptströmung, die eher hohes Temperaturniveau aufweist, eher hohe Geschwindigkeiten hat, sodass sie von den Ventilatoren 57 weggeschleudert wird, beispielsweise in einer Art Strahl, der von den Ventilatoren 57 wegströmt. Dadurch wird vermieden, dass bereits erwärmte Luft in die Einlässe 23 der Saugleitungen 12 und somit in die Kühlvorrichtungen 40 gelangt, wodurch die Wirkung der Kühlvorrichtungen 40 stark beeinträchtigt würde. Zu dieser Art von günstigem Abströmverhalten, d.h. der Vermeidung eines sogenannten thermischen Kurzschlusses, können bei den Ventilatoren Nachleiteinrichtungen mit Nachleitflügeln wie beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß der 1 bis 4 beitragen. Im Übrigen ist die Vermeidung eines thermischen Kurzschlusses auch bezüglich der Wirkung der Wärmetauscher 65 von Interesse. Es ist auch denkbar, an die Saugleitungen 12 an den Einlässen 23, die dann als Anschlüsse verwendet würden, weitere Leitungen angeschlossen werden, welche die Luft an Stellen einsaugen, an welchen mit Sicherheit ausreichend kühle Luft vorhanden ist.It is advantageous if the air of the main fan flow exiting the fans 57 at their outlet, which has a rather high temperature level, has rather high speeds so that it is thrown away from the fans 57, for example in a kind of jet that flows away from the fans 57. This prevents already heated air from entering the inlets 23 of the suction lines 12 and thus into the cooling devices 40, which would severely impair the effect of the cooling devices 40. For this type of favorable outflow behavior, ie the avoidance of a so-called thermal short circuit, the fans can be provided with guide devices with guide vanes, such as in the embodiment according to the 1 to 4 Furthermore, the avoidance of a thermal short circuit is also of interest with regard to the effect of the heat exchangers 65. It is also conceivable to connect further lines to the suction lines 12 at the inlets 23, which would then be used as connections, which suck in the air at points where there is certainly enough cool air.

7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von der Abströmseite her gesehen einen Ventilator 57 mit tragender Nachleiteinheit 1 mit Gehäuse 2 und Nachleit- bzw. Strebenflügeln 3, 11 und mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 40 mit axial ausgerichtetem Saugrohr 12. Der Aufbau des Ventilators 57 mit Laufrad 19, Motor 34 und tragender Nachleiteinheit 1 inklusive Kühltopf 8 und dessen Gestaltung in seinem inneren Bereich ist vergleichbar mit dem Ventilator gemäß der 1 bis 4, weshalb in Bezug auf die Beschreibung der entsprechenden Merkmale auf die entsprechende Figurenbeschreibungen hingewiesen werden kann. 7 shows in a perspective view from the downstream side a fan 57 with a supporting guide unit 1 with housing 2 and guide or strut blades 3, 11 and with a further embodiment of a cooling device 40 according to the invention with axially aligned suction pipe 12. The structure of the fan 57 with impeller 19, motor 34 and supporting guide unit 1 including cooling pot 8 and its design in its inner area is comparable to the fan according to the 1 to 4 , which is why the description of the relevant features is based on the corresponding figure descriptions can be referred to.

Das Kühlsystem 40 weist allerdings eine modifizierte Ausgestaltung auf. So ist kein Deckel auf dem Kühltopf 8 vorgesehen (siehe auch 8), sondern der Kühltopf 8 ist hin zur druckseitigen Ausströmumgebung bezüglich der Ventilatorhauptströmung offen. Das Saugrohr 12 schließt axial über den gesamten offenen Querschnitt des Kühltopfes 8 an den Kühltopf 8 an und ragt axial über die tragende Nachleiteinheit 1 bzw. das Gehäuse 2 des Ventilators 57 hinaus, in die druckseitige Umgebung des Ventilators hinein. Dabei entspricht der Innendurchmesser des Saugrohrs 12 in etwa dem Innendurchmesser des Kühltopfes 8.However, the cooling system 40 has a modified design. For example, no lid is provided on the cooling pot 8 (see also 8 ), but the cooling pot 8 is open to the discharge environment on the pressure side with respect to the main fan flow. The suction pipe 12 is connected axially to the cooling pot 8 over the entire open cross section of the cooling pot 8 and projects axially beyond the supporting guide unit 1 or the housing 2 of the fan 57 into the pressure-side environment of the fan. The inner diameter of the suction pipe 12 corresponds approximately to the inner diameter of the cooling pot 8.

Es ist von Bedeutung, dass sich das Saugrohr 12 ohne große Leckagen dicht an den Kühltopf 8 anschließt, was auch eine Abdichtung derjenigen Bereiche erfordert, an denen die elektrischen Kabelführungen bzw. die elektrischen Anschlüsse 44 für die Motorkabel vom Kühltopf 8 her radial nach außen geführt werden. Entsprechende Gestaltungen zur Abdichtung können beispielsweise am Saugrohr 12 integriert sein. Das Saugrohr 12 verläuft bei dieser Ausführungsform nicht quer zur Ventilatorhauptströmung, sondern etwa parallel zur axialen Hauptförderrichtung der Ventilatorhauptströmung durch den Ventilator 57.It is important that the suction pipe 12 is tightly connected to the cooling pot 8 without major leaks, which also requires sealing of those areas where the electrical cable guides or the electrical connections 44 for the motor cables are led radially outwards from the cooling pot 8. Appropriate designs for sealing can be integrated, for example, on the suction pipe 12. In this embodiment, the suction pipe 12 does not run transversely to the main fan flow, but rather approximately parallel to the main axial conveying direction of the main fan flow through the fan 57.

Es kann am offenen Ende des Saugrohrs 12 kühlere Luft der druckseitigen Umgebung in das Saugrohr 12 einströmen und in bekannter Weise in den Kühltopf 8 einströmen und dort ihre besser kühlende Wirkung entfalten. Es kann sich in Bereichen druckseitig eines Axialventilators und nahe der gedachten Verlängerung der Ventilatorachse regelmäßig eine Rückströmung einstellen, zumindest wenn man die Strömungsverhältnisse ein Stück stromab druckseitig des Ventilators betrachtet. Dies steht im Zusammenhang damit, dass die Ventilatorhauptströmung nach dem Austritt aus dem Gehäuse 2 eine radiale Komponente nach außen hat und gewissermaßen aufplatzt, wodurch ein Wirbelsystem entsteht, das in einem inneren achsnahen Bereich stromab des Ventilators 57 rückströmendes Fluid induziert. Solche Rückströmgebiete bewirken, dass kühlere Luft aus der druckseitigen Umgebung in einem achsnahen Bereich nahe an den Ventilator 57 heranströmt. Durch die gezeigte Ausbildung des Saugrohrs 12 wird diese kühlere Luft vom Saugrohr angesaugt und darin hin zum Kühltopf 8 und dessen vorderen Kühldurchlässen 42 (siehe 8) geleitet, und zwar infolge der vom Ventilator aufgebauten Druckdifferenzen.Cooler air from the pressure-side environment can flow into the suction pipe 12 at the open end and flow into the cooling pot 8 in a known manner, where it can have a better cooling effect. Backflow can regularly occur in areas on the pressure side of an axial fan and close to the imaginary extension of the fan axis, at least if you look at the flow conditions a little way downstream on the pressure side of the fan. This is related to the fact that the main fan flow has a radial outward component after exiting the housing 2 and bursts open, creating a vortex system that induces backflowing fluid in an inner area near the axis downstream of the fan 57. Such backflow areas cause cooler air from the pressure-side environment to flow in an area near the axis close to the fan 57. Due to the design of the intake manifold 12 shown, this cooler air is sucked in by the intake manifold and is then directed to the cooling pot 8 and its front cooling passages 42 (see 8 ) due to the pressure differences created by the fan.

8 zeigt in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse den Ventilator 57 mit Kühlvorrichtung 40 gemäß 7. Ergänzend zu 7 ist der Anschlussbereich 30 das Saugrohrs 12 an den Kühltopf 8 besser zu erkennen. Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie die Verbindung ausgeführt wird, beispielsweise durch Schrauben mit entsprechend vorgesehenen Vorkehrungen an Kühltopf 8 und/oder Saugrohr 12. Verklemmen oder eine Verbindung mit Rasthaken oder ähnlichem sind auch denkbar, ebenso wie Klebeverbindungen oder ein Anschließen mit einer Methode ähnlich der einer Bajonettverbindung. 8 shows in a side view and in section on a plane through the axis the fan 57 with cooling device 40 according to 7 . In addition to 7 the connection area 30 of the suction pipe 12 to the cooling pot 8 can be seen better. Various possibilities are conceivable as to how the connection is made, for example by screwing with appropriate provisions on the cooling pot 8 and/or suction pipe 12. Clamping or a connection with locking hooks or similar are also conceivable, as are adhesive connections or a connection with a method similar to a bayonet connection.

Ausdrücklich genannt sei auch die Möglichkeit, dass das Saugrohr 12 integral und einteilig mit dem Kühltopf 8 gefertigt ist. Wesentlich ist, dass ein Saugrohr 12, das nicht quer zur Ventilatorhauptströmung verläuft, sondern in einem achsnahen Bereich etwa parallel zur Hauptförderrichtung, axial über den Strömungsauslass der Ventilatorhauptströmung, gebildet insbesondere vom Auslass aus dem Gehäuse 2, hinausragt, und zwar wenigstens um 5% des Durchmessers des Laufrades 19 des Ventilators 57, vorteilhaft um wenigstens 20%. Bei besonders langen Saugrohren einer ähnlichen Ausführungsform kann es bei horizontalem Aufbau (das bedeutet hier, die Förderrichtung liegt horizontal) vorteilhaft sein, das Saugrohr mit einer Vorkehrung zusätzlich am direkt am äußeren Gehäuse 2 in der Nähe des Strömungsaustrittes zu befestigen, beispielsweise mit mindestens einem Draht, Schnur, Seil oder ähnlichem.The possibility of the suction pipe 12 being manufactured integrally and in one piece with the cooling pot 8 should also be expressly mentioned. It is essential that a suction pipe 12 which does not run transversely to the main fan flow but in a region close to the axis approximately parallel to the main conveying direction protrudes axially beyond the flow outlet of the main fan flow, formed in particular by the outlet from the housing 2, and indeed by at least 5% of the diameter of the impeller 19 of the fan 57, advantageously by at least 20%. In the case of particularly long suction pipes of a similar embodiment, with a horizontal structure (that means here the conveying direction is horizontal), it can be advantageous to additionally fasten the suction pipe directly to the outer housing 2 near the flow outlet with a precaution, for example with at least one wire, cord, rope or similar.

Bei solchen Ventilatoren ist es häufig notwendig, einen Eingriffsschutz (Schutzgitter) anzubringen, der gegenüber einem möglichen Eingriff von der Druckseite des Ventilators her schützt. Dafür geeignete Berührschutzgitter werden bei Ventilatoren oft an der tragenden Nachleiteinheit 1 bzw. an einem Gehäuse 2 austrittsseitig angebracht. Vorteilhaft weist ein Berührschutzgitter innen eine Öffnung auf, durch die das Saugrohr axial hindurchragt, denn radial innerhalb des Saugrohrs 12 besteht keine Gefahr infolge eines Eingreifens, da kein offener Zugang zu rotierenden Komponenten gegeben ist. Besonders vorteilhaft kann ein Saugrohr 12 einer ähnlichen Ausbildungsform auch einteilig in ein Berührschutzgitter integriert sein, beispielsweise als Schweißkonstruktion oder auch als spritzgegossene einteilige Komponente.With such fans, it is often necessary to install an anti-tamper device (protective grille) that protects against possible intervention from the pressure side of the fan. Suitable anti-tamper grilles are often attached to the supporting guide unit 1 or to a housing 2 on the outlet side of fans. A anti-tamper grille advantageously has an opening inside through which the suction pipe protrudes axially, because radially inside the suction pipe 12 there is no danger of intervention as a result of intervention, since there is no open access to rotating components. It is particularly advantageous if a suction pipe 12 of a similar design is integrated in one piece into a anti-tamper grille, for example as a welded construction or as an injection-molded one-piece component.

Der weitgehend leckagefreie Anschluss des Saugrohrs 12 an den Kühltopf 8 an der Anschlusstelle 30 ist von Bedeutung. In 8 sieht man im Bereich der Kabelanschlüsse 44, dass ggf. dort eine besondere Herausforderung diesbezüglich gegeben sein kann. Ggf. müssen besondere Bauteile zur Abdichtung in diesem Bereich angebracht werden, sofern nicht vorteilhaft ins Saugrohr 12 oder den Kühltopf 8 integrierbar. Generell ist es denkbar, eine abdichtende Komponente an der Schnittstelle 30 zwischen Saugrohr 12 und Kühltopf 8 vorzusehen, beispielsweise eine Gummidichtung oder dergleichen. Bei einer Ausführungsform gemäß den 7 und 8 bzw. auch 9 ist es denkbar, dass am offenen Ende der Saugleitung 12 zumindest teilweise auch Luft der Ventilatorhauptströmung angesaugt wird, also ein Gemisch aus der kühleren Luft der druckseitigen Umgebung und der Ventilatorhauptströmung.The largely leak-free connection of the suction pipe 12 to the cooling pot 8 at the connection point 30 is important. 8 In the area of the cable connections 44, it can be seen that there may be a particular challenge in this regard. Special components may have to be installed to seal this area, unless they can be advantageously integrated into the intake manifold 12 or the cooling pot 8. In general, it is conceivable to install a sealing component at the interface 30 between the intake manifold 12 and the cooling pot 8, for example a rubber seal or the like. In an embodiment according to the 7 and 8 or also 9 it is conceivable that at least some of the air from the main fan flow is sucked in at the open end of the suction line 12, i.e. a mixture of the cooler air from the pressure-side environment and the main fan flow.

Je größer der Anteil der Luft der Ventilatorhauptströmung mit dem höheren Temperaturniveau ist, desto ungünstiger wirkt sich dies für die Kühlung infolge des erfindungsgemäßen Kühlsystems aus. Um dem entgegenzuwirken und möglichst hohe Anteile an kühler Luft der druckseitigen Umgebung anzusaugen, kann das Saugrohr möglichst weit in den druckseitigen Bereich hineinragend gestaltet sein, zum Beispiel axial um mindestens 20% des Laufraddurchmessers über den Austritt aus dem Gehäuse hinaus.The greater the proportion of air in the main fan flow with the higher temperature level, the more unfavourable this is for the cooling as a result of the cooling system according to the invention. In order to counteract this and to suck in as high a proportion of cool air as possible from the pressure-side environment, the suction pipe can be designed to extend as far as possible into the pressure-side area, for example axially by at least 20% of the impeller diameter beyond the outlet from the housing.

In 9 ist in einer Seitenansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Achse ein Ventilator 57 mit tragender Nachleiteinheit 1 mit Gehäuse 2 und Nachleit- bzw. Strebenflügeln 11, 3 und mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 40 dargestellt. Auch diese Ausführungsform des Kühlsystems 40 weist, ähnlich wie die Ausführungsform gemäß 7 und 8, ein axial gerichtetes Saugrohr 12 auf, das an einer Anschlusstelle 30 axial direkt am Kühltopf 8 anschließt, der hier zur axial druckseitigen Richtung geöffnet ist, und axial über das Gehäuse 2 hinaus in die druckseitige Umgebung hineinragt.In 9 is shown in a side view and in section on a plane through the axis a fan 57 with a supporting guide unit 1 with housing 2 and guide or strut blades 11, 3 and with a further embodiment of a cooling device 40 according to the invention. This embodiment of the cooling system 40 also has, similar to the embodiment according to 7 and 8 , an axially directed suction pipe 12, which connects axially directly to the cooling pot 8 at a connection point 30, which is open here to the axial pressure-side direction, and projects axially beyond the housing 2 into the pressure-side environment.

Das Saugrohr 12 hat hier über seine Lauflänge gesehen einen variablen äquivalenten Strömungsquerschnitt, insbesondere ist der Durchmesser D1 am Eintritt 40 in das Saugrohr 12, an dessen freiem, in die druckseitige Umgebung hineinragenden Ende, bei dieser Ausführungsform kleiner als der Durchmesser D2 an der Anschlussstelle 30 zum Kühltopf 8 hin. Der Strömungsquerschnitt des Saugrohrs 12 entspricht hier etwa einem Kreisquerschnitt mit variablem Durchmesser, kann aber beispielsweise zum offenen Ende 40 hin auch andere, von der Kreisform abweichende Querschnittsformen aufweisen, weshalb dann als Durchmesser D1, D2 die hydraulisch äquivalenten Durchmesser zur Bemessung herangezogen werden.The suction pipe 12 has a variable equivalent flow cross-section over its length, in particular the diameter D1 at the inlet 40 into the suction pipe 12, at its free end protruding into the pressure-side environment, is smaller in this embodiment than the diameter D2 at the connection point 30 to the cooling pot 8. The flow cross-section of the suction pipe 12 here corresponds approximately to a circular cross-section with a variable diameter, but can also have other cross-sectional shapes that deviate from the circular shape, for example towards the open end 40, which is why the hydraulically equivalent diameters are then used as diameters D1, D2 for dimensioning.

Bei anderen Ausführungsformen kann auch der Durchmesser D1 am Eintritt 40 in das Saugrohr 12 größer sein als der Durchmesser D2 am Anschluss 30 an den Kühltopf 8. Vorteilhafterweise ist der Querschnittsverlauf und das Verhältnis der Durchmesser D2 und D1 so zu gestalten, dass der Anteil der Luft der wärmeren Ventilatorhauptströmung, die ins Saugrohr 12 eingesaugt wird, möglichst klein ist und der Anteil der Luft der kühleren druckseitigen Umgebung, die ins Saugrohr 12 eingesaugt wird, möglichst groß ist, um eine möglichst gute Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Kühlsystems zu bewirken. Dabei können diese Anteile je nach Ventilatorbetriebspunkt variieren, da das Strömungsbild der Ventilatorhauptströmung betriebspunktabhängig ist. Je nach Betriebspunkt, auf den das System hauptsächlich ausgelegt werden soll, können die idealen Verhältnisse unterschiedlich sein.In other embodiments, the diameter D1 at the inlet 40 into the intake pipe 12 can also be larger than the diameter D2 at the connection 30 to the cooling pot 8. The cross-sectional profile and the ratio of the diameters D2 and D1 are advantageously designed such that the proportion of air from the warmer fan main flow that is sucked into the intake pipe 12 is as small as possible and the proportion of air from the cooler pressure-side environment that is sucked into the intake pipe 12 is as large as possible in order to achieve the best possible cooling effect of the cooling system according to the invention. These proportions can vary depending on the fan operating point, since the flow pattern of the fan main flow depends on the operating point. The ideal conditions can vary depending on the operating point for which the system is primarily designed.

Vorteilhaft kann ein Saugrohr 12 einer Ausführungsform mit axial ausgerichtetem Saugrohr 12 ähnlich einer Ausführungsform der 7-9 so gestaltet sein, dass sich Wirkungsgrad und Druckstabilität des Ventilators infolge des Saugrohrs 12 erhöhen, insbesondere wenn der äquivalente Durchmesser D1 am Eintritt 40 ins Saugrohr 12 größer als der Durchmesser D2 am Anschluss 30 zum Kühltopf 8 ist, vorteilhaft um einen Faktor um mindestens 2, und die Außenwand des Saugrohrs 12 aerodynamisch vorteilhaft für die Ventilatorhauptströmung gestaltet ist.Advantageously, a suction pipe 12 of an embodiment with axially aligned suction pipe 12 can be similar to an embodiment of the 7-9 be designed such that the efficiency and pressure stability of the fan are increased as a result of the suction pipe 12, in particular if the equivalent diameter D1 at the inlet 40 into the suction pipe 12 is larger than the diameter D2 at the connection 30 to the cooling pot 8, advantageously by a factor of at least 2, and the outer wall of the suction pipe 12 is designed to be aerodynamically advantageous for the main fan flow.

Ein vorteilhafter Durchmesser D2 für das Saugrohr 12 am Anschluss zum Kühltopf 8 einer Ausführungsform mit axial ausgerichtetem Saugrohr 12 ähnlich einer Ausführungsform der 7-9 beträgt etwa 20%-45% des äußeren Durchmessers D des Ventilatorlaufrades.An advantageous diameter D2 for the suction pipe 12 at the connection to the cooling pot 8 of an embodiment with axially aligned suction pipe 12 similar to an embodiment of the 7-9 is approximately 20%-45% of the outer diameter D of the fan impeller.

10 zeigt ein Diagramm, das exemplarisch die in einem Versuchsaufbau experimentell gemessene relative Verbesserung, also Reduktion, der Temperatur eines thermisch kritischen elektronischen Bauteils als Funktion der Temperaturdifferenz zwischen der Ventilatorhauptströmung und der druckseitigen Umgebung für zwei verschiedene Durchmesser einer Saugleitung darstellt. Der experimentelle Aufbau ist mit einer Ausführungsform ähnlich der 1-4 durchgeführt worden, bei der eine Saugleitung quer zur Ventilatorhauptströmung die kühlere Luft der druckseitigen Umgebung in einen Kühltopf leitet. Es sind verschiedene Temperaturdifferenzen ΔT zwischen der Ventilatorhauptströmung und der druckseitigen Umgebung an einem Prüfstand eingestellt worden (ΔT=Temperatur(Ventilatorhauptströmung)-Temperatur(druckseitige Umgebung)). Zusätzlich ist jeweils eine Referenzmessung mit dem gleichen Ventilator bei gleichem Betriebszustand ohne das erfindungsgemäße Kühlsystem, genauer ohne die Saugleitung und ohne den Deckel auf dem Kühltopf, durchgeführt worden. 10 shows a diagram that shows the relative improvement, i.e. reduction, of the temperature of a thermally critical electronic component measured experimentally in a test setup as a function of the temperature difference between the fan main flow and the pressure-side environment for two different diameters of a suction line. The experimental setup is similar to the 1-4 was carried out, in which a suction line perpendicular to the main fan flow directs the cooler air from the pressure-side environment into a cooling pot. Various temperature differences ΔT between the main fan flow and the pressure-side environment were set on a test bench (ΔT=temperature (main fan flow) - temperature (pressure-side environment)). In addition, a reference measurement was carried out with the same fan in the same operating state without the cooling system according to the invention, more precisely without the suction line and without the cover on the cooling pot.

Die Drehzahl sowie der Betriebspunkt des Ventilators (Fördervolumenstrom der Ventilatorhauptströmung) sind für alle Versuche konstant eingestellt worden. Als Ergebnis der Versuche ist jeweils die Beharrungstemperatur T_elCool (stationäre Temperatur nach ausreichend langer konstanter Betriebsdauer mit erfindungsgemäßem Kühlsystem) an einem bestimmten, thermisch kritischen elektronischen Bauteil, hier des IG-BTs bzw. der Ausgangsstufe der im Motor integrierten Leistungselektronik, gemessen worden. Da die entsprechende Beharrungstemperatur auch für den Referenzversuch ohne erfindungsgemäßes Kühlsystem erhoben worden sind (bezeichnet als T_elRef), kann eine Verbesserung infolge der Anwendung des erfindungsgemäßen Kühlsystems zu T_elRef - T_elCool evaluiert werden.The speed and the operating point of the fan (volume flow of the fan main flow) were set constant for all tests. As a result of the tests, the steady-state temperature T _elCool (stationary temperature after a sufficiently long constant operating period with the cooling system according to the invention) is a specific, thermally critical electronic component, here the IG-BT or the output stage of the power electronics integrated in the motor. Since the corresponding steady-state temperature was also measured for the reference test without the cooling system according to the invention (referred to as T _elRef ), an improvement resulting from the application of the cooling system according to the invention can be evaluated at T _elRef - T _elCool .

Noch weiter gehend kann, wenn diese Verbesserung auf die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Ventilatorhauptströmung und der druckseitigen Umgebung bezogen wird, ein thermischer Wirkungsgrad η_τ eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, welches zu kühlende Komponenten eines Ventilators bzw. dessen Motors bzw. dessen Steuerelektronik, welcher Ventilator eine Ventilatorhauptströmung mit höherem Temperaturniveau als die druckseitige Umgebung aufweist, mittels Nutzung der kühleren Luft der druckseitigen Umgebung kühlt, definiert werden zu: η_τ=(T_elRef - T_elCool)/ ΔT. Dieser Wirkungsgrad η_τ beschreibt, wie „effizient“ das Temperaturniveau der kühleren Luft auf der druckseitigen Umgebung bei einer durch die Einströmdüse des Ventilators angesaugten Hauptströmung mit höherem Temperaturniveau, zur Kühlung beispielsweise von Motorkomponenten oder Elektronikkomponenten genutzt wird. Ein solcher Wirkungsgrad kann äquivalent für verschiedene Stellen oder Bauteile des Ventilators, des Motors oder der Steuerelektronik, an denen die Temperatur gemessen wird, erhoben und betrachtet werden, und er variiert bei gleichem Aufbau je nach Bauteil bzw. Stelle.Going even further, if this improvement is related to the temperature difference ΔT between the fan main flow and the pressure-side environment, a thermal efficiency η _τ of a cooling system according to the invention, which cools components to be cooled of a fan or its motor or its control electronics, which fan has a fan main flow with a higher temperature level than the pressure-side environment, by using the cooler air of the pressure-side environment, can be defined as: η _τ =(T _elRef - T _elCool )/ ΔT. This efficiency η _τ describes how "efficiently" the temperature level of the cooler air on the pressure-side environment is used for cooling, for example, engine components or electronic components when a main flow with a higher temperature level is sucked in through the inlet nozzle of the fan. Such an efficiency can be measured and considered equivalently for different locations or components of the fan, motor or control electronics at which the temperature is measured, and it varies depending on the component or location for the same structure.

Im hier aufgezeigten Versuch ist er für die häufig kritische Temperatur der Ausgangsstufe der Leistungselektronik bestimmt worden, und zwar in Abhängigkeit von ΔT und dem Durchmesser einer Saugleitung mit konstantem Querschnitt D₁, hier aufgeführt in dimensionsloser Form δ_S=D₁/D, bezogen auf den Ventilatorlaufraddurchmesser D. An dieser Stelle sei erwähnt, dass bei quantitativen Angaben zu D₁ oder δ_S bei nicht kreisrunden Querschnitten einer Saugleitung oder bei Verwendung von mehreren parallel verlaufenden Saugleitungen der hyraulisch äquivalente Durchmesser des gesamten durchströmten Querschnitts der Saugleitung(en) anzusetzen ist.In the experiment shown here, it was determined for the often critical temperature of the output stage of the power electronics, depending on ΔT and the diameter of a suction line with a constant cross-section D ₁ , shown here in dimensionless form δ _S =D ₁ /D, related to the fan impeller diameter D. At this point, it should be mentioned that when quantitatively specifying D ₁ or δ _S for non-circular cross-sections of a suction line or when using several parallel suction lines, the hydraulically equivalent diameter of the entire flow-through cross-section of the suction line(s) must be used.

Im Diagramm ist gut zu erkennen, dass für einen relativen Durchmesser δ_S der Saugleitung von δ_S = 12% (bezogen auf den Laufraddurchmesser D) eine relativ konstante thermische Effizienz des erfindungsgemäßen Kühlsystems von η_τ ≈ 50% erreicht werden kann (durchgezogene Linie). Beispielhaft kann dies bedeuten, dass, wenn die druckseitige Umgebungstemperatur 30 K niedriger liegt als die der Ventilatorhauptströmung, die Ausgangsstufe durch Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlsystems um etwa 15 K kühler ist, was eine signifikative Verbesserung darstellt.It is clearly visible in the diagram that for a relative diameter δ _S of the suction line of δ _S = 12% (relative to the impeller diameter D), a relatively constant thermal efficiency of the cooling system according to the invention of η _τ ≈ 50% can be achieved (solid line). For example, this can mean that if the ambient temperature on the pressure side is 30 K lower than that of the main fan flow, the output stage is about 15 K cooler by using the cooling system according to the invention, which represents a significant improvement.

Im Diagramm ist weiterhin das Ergebnis, das mit einer Saugleitung mit relativem Durchmesser von δ_S = 8% erzielt worden ist, mit gestrichelter Linie eingezeichnet. Da weniger kühle Luft pro Zeiteinheit durch die Saugleitung mit dem geringeren durchströmten Querschnitt hin zum Kühltopf strömen kann und / oder diese beim Durchströmen der Saugleitung schon stärker vorerwärmt wird, ist in dem Fall auch die thermische Effizienz niedriger. Für die Saugleitung mit relativem Durchmesser von δ_S = 8% liegt die thermische Effizienz η_τ bei etwa η_τ ≈ 35%, wobei diese leicht variiert, je nach Temperaturdifferenz ΔT, und zwar von etwa η_τ = 31 % bei ΔT = 10K hin zu etwa η_τ = 38% bei ΔT = 40K, wobei hier auch diverse Messungenauigkeiten, inklusive veränderter Wärmeleistungen der Motorkomponenten und der variablen Luftdichten, das Ergebnis beeinflussen können.The diagram also shows the result achieved with a suction line with a relative diameter of δ _S = 8%, shown as a dashed line. Since less cool air can flow through the suction line with the smaller cross-section to the cooling pot per unit of time and/or this air is preheated more as it flows through the suction line, the thermal efficiency is also lower in this case. For the suction line with a relative diameter of δ _S = 8%, the thermal efficiency η _τ is approximately η _τ ≈ 35%, although this varies slightly depending on the temperature difference ΔT, from approximately η _τ = 31% at ΔT = 10K to approximately η _τ = 38% at ΔT = 40K, although various measurement inaccuracies, including changes in the heat output of the engine components and the variable air densities, can also influence the result.

Die Wahl des durchströmten Gesamtquerschnitts der einen oder mehreren parallel verlaufenden Saugleitungen hängt nicht nur von der zu erreichenden thermischen Effizienz des Kühlsystems ab. So können Saugleitungen mit größeren durchströmten Querschnitten aufwendiger zu fertigen sein, beispielsweise weil mehrere parallel verwendet werden. Wird eine Saugleitung mit großem Querschnitt verwendet, behindert diese Saugleitung, zumindest wenn sie quer zur Hauptströmung verläuft, die Hauptströmung des Ventilators, was beispielsweise zu Wirkungsgradeinbußen führen kann. Dieses Problem ist bei den axialen Saugleitungen, die etwa parallel zur Hauptströmung in axialer Verlängerung des Kühltopfes verlaufen, beispielsweise ähnlich der Ausführungsformen gemäß 7-9, nicht oder nur minimal vorhanden, was ein Vorteil von derart ausgeführten Kühlsystemen ist.The choice of the total flow cross-section of the one or more parallel suction lines does not only depend on the thermal efficiency to be achieved in the cooling system. Suction lines with larger flow cross-sections can be more complex to manufacture, for example because several are used in parallel. If a suction line with a large cross-section is used, this suction line, at least if it runs transversely to the main flow, obstructs the main flow of the fan, which can lead to a loss of efficiency, for example. This problem is not particularly evident in the axial suction lines that run approximately parallel to the main flow in the axial extension of the cooling pot, for example similar to the embodiments according to 7-9 , is not present or only minimal, which is an advantage of cooling systems designed in this way.

Bei Saugleitungen, die quer zur Ventilatorhauptströmung verlaufen, hat sich eine Wahl des relativen hydraulisch äquivalenten durchströmten Gesamtdurchmessers der Saugleitung(en) in einem Bereich von etwa δ_S=5% bis δ_S=20% als brauchbar und vorteilhaft erwiesen. Angesichts der Möglichkeit von Wirkungsgradeinbußen infolge der Versperrungswirkung von quer verlaufenden Saugleitungen auf die Ventilatorhauptströmung ist auch eine Integration von Saugleitungen in Tragstreben oder Nachleitflügel eine besonders vorteilhafte Option.For suction lines that run transversely to the main fan flow, a selection of the relative hydraulically equivalent total flow diameter of the suction line(s) in a range of approximately δ _S =5% to δ _S =20% has proven to be useful and advantageous. In view of the possibility of efficiency losses due to the blocking effect of transverse suction lines on the main fan flow, the integration of suction lines in support struts or guide vanes is also a particularly advantageous option.

Ein weiterer Aspekt ist, dass Saugleitungen vorteilhaft thermisch möglichst gut gegenüber der Ventilatorhauptströmung isoliert sind, damit sich die Kühlluft beim Durchströmen der Saugleitung möglichst wenig vorerwärmt. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Wände von Saugleitungen aus Kunststoff sind und eine Dicke von mindestens etwa 2 mm, vorteilhaft 3 mm, aufweisen.Another aspect is that suction lines are advantageously thermally insulated as well as possible from the main fan flow so that the cooling air is preheated as little as possible when flowing through the suction line. It is therefore advantageous if the walls of suction lines are made of plastic and have a thickness of at least about 2 mm, advantageously 3 mm.

Es sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für ganz diverse Geräte geeignet ist, als auch für diverse Ventilatoren mit diversen Bauarten, bspw. Axialventilatoren mit oder ohne Nachleitrad, Radial- oder Diagonalventilatoren mit einem Spiralgehäuse oder einem axial weiterleitenden Gehäuse (Kanal). Wesentlich ist, dass infolge des vom Ventilator aufgebauten Druckfeldes kühlere Umgebungsluft von einer der Ventilatordruckseite zugeordneten Umgebung vorteilhaft durch eine Saugleitung quer zur Ventilatorhauptströmung hin zu einem Kühltopf geleitet wird, in dem ein Elektromotor ganz oder teilweise angeordnet ist, und wo sie gezielt zur Kühlung des Elektromotors genutzt wird.For the sake of completeness, it should be mentioned that a cooling system according to the invention is suitable for a wide variety of devices, as well as for various fans with various designs, e.g. axial fans with or without guide vanes, radial or diagonal fans with a spiral housing or an axially conducting housing (duct). It is important that, as a result of the pressure field created by the fan, cooler ambient air from an environment associated with the fan pressure side is advantageously guided through a suction line transverse to the main fan flow to a cooling pot in which an electric motor is completely or partially arranged, and where it is specifically used to cool the electric motor.

Ausdrücklich wird die vorgestellte Technologie auch für den von der Temperaturverteilung her umgekehrten Fall beansprucht, dass das Temperaturniveau der Ventilatorhauptströmung sehr tiefe Temperaturen aufweist und der Motor in eine Umgebung in einem „Kühltopf“ eingebaut ist, der höhere Umgebungstemperaturniveaus aufweist.The presented technology is also explicitly claimed for the opposite case in terms of temperature distribution, where the temperature level of the main fan flow has very low temperatures and the motor is installed in an environment in a “cooling pot” that has higher ambient temperature levels.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention, reference is made to the general part of the description and to the appended claims in order to avoid repetition.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.Finally, it should be expressly pointed out that the embodiments of the device according to the invention described above serve only to explain the claimed teaching, but do not limit it to the embodiments.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Tragende NachleiteinheitSupporting guide unit
22: Gehäuse der NachleiteinheitHousing of the guide unit
33: StrebenflügelStrut wings
44: Nabenring, äußerer Ring des Topfes der KühlvorrichtungHub ring, outer ring of the cooling device pot
55: Zwischenring der Nachleiteinheit bzw. des DiffusorsIntermediate ring of the guide unit or diffuser
66: äußerer Durchströmbereichouter flow area
77: innerer Durchströmbereichinner flow area
88: Topf der KühlvorrichtungCooling device pot
99: EinlaufdüseInlet nozzle
1010: äußere Diffusorwandouter diffuser wall
1111: inneres Leitelement, Leitflügelinner guide element, guide vane
1212: Saugrohr, Saugleitung der KühlvorrichtungSuction pipe, suction line of the cooling device
1313: Statortopf, ElektronikgehäuseStator pot, electronics housing
1414: KühlströmungsführungCooling flow guidance
1818: Befestigungsvorkehrung für Motor am BefestigungsflanschMounting provision for motor on mounting flange
1919: LaufradWheel
2020: Zuströmseitige Befestigungsvorkehrung der Nachleiteinheit an übergeordnetem SystemInflow-side fastening provision of the guide unit to the higher-level system
2121: Abströmseitige Befestigungsvorkehrung der Nachleiteinheit an übergeordnetem SystemDownstream fastening provision of the guide unit to the higher-level system
2222: Flügel des LaufradsBlade of the impeller
2323: Einlass oder Anschluss des Saugrohrs, der SaugleitungInlet or connection of the suction pipe, the suction line
2525: Befestigungsvorkehrung für Schutzgitter abströmseitigFixing provision for protective grille downstream
2727: Durchmesser D_N des Topfes der KühlvorrichtungDiameter D _N of the cooling device pot
2929: Bereich für ein LaufradArea for a wheel
3030: Anschluss des Saugrohrs am KühltopfConnecting the suction pipe to the cooling pot
3131: Nabe des LaufradsWheel hub
3232: Drehrichtung des LaufradsDirection of rotation of the impeller
3434: MotorMotor
3535: Rotor des MotorsMotor rotor
3636: Stator des MotorsStator of the engine
3737: NabenhaubeHubcap
3838: Winglets der LaufradflügelWinglets of the impeller wings
4040: KühlvorrichtungCooling device
4141: KühlströmungskanalCooling flow channel
4242: Kühldurchlass im Bereich BefestigungsflanschCooling passage in the mounting flange area
4343: Deckel des Topfes der KühlvorrichtungLid of the pot of the cooling device
4444: Kabelanschlüsse am Topf der KühlvorrichtungCable connections on the pot of the cooling device
4545: Axial abschließender Bereich des DeckelsAxially closing area of the cover
4646: Rotorseitiger Aufnahmebereich innerhalb des NabenringsRotor-side mounting area within the hub ring
4747: seitlicher Bereich des Deckels zum Anschließen des Saugrohrsside area of the lid for connecting the suction pipe
4949: Flansch des StatorsStator flange
5050: Kühlrippen am StatorCooling fins on the stator
5151: Kühllüfterrad am RotorCooling fan on the rotor
5353: Kabelanschlüsse am Stator bzw. Elektronikgehäuse des MotorsCable connections on the stator or electronics housing of the motor
5454: Vorderer Flansch oder vordere Wand des KühltopfesFront flange or front wall of the cooling pot
5656: DüsenplatteNozzle plate
5757: Ventilator, AxialventilatorFan, axial fan
5858: Versteifungsrippen im Aufnahmebereich für den MotorStiffening ribs in the engine mounting area
5959: Befestigungsflansch für MotorMounting flange for motor
6363: Anschlussstutzen für Saugrohr am DeckelConnection piece for suction pipe on the lid
6464: Lufttechnisches GerätAir-conditioning device
6565: WärmetauscherHeat exchanger
6666: GerätewandEquipment wall
6767: Anschlüsse für KühlmittelkreislaufConnections for coolant circuit
6868: KühlmittelverteilerrohreCoolant distribution pipes
6969: Äquivalenter Einströmdurchmesser D1 des SaugrohrsEquivalent intake diameter D1 of the intake manifold
7070: Äquivalenter Durchmesser D2 des KühltopfesEquivalent diameter D2 of the cooling pot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2020015792 A1 [0002]

Claims

Device for cooling the electric motor of a fan with air, wherein the fan generates a pressure difference between the upstream side and the electric motor and the downstream side during operation, and wherein the pressure difference is used to direct cooler ambient air from the downstream side to the electric motor.

Device according to Claim 1 , characterized in that the cooling in its fluidic function is based exclusively on the flow/pressure field generated by the fan, using exclusively the flow drive inherent in the fan.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that a cooling pot is provided which surrounds the electric motor or its stator and/or its electronics housing, which forms a region which is largely closed off at least towards the inflow side and radially outwards for an environment filled with cooling air which has a lower temperature level than the main fan flow, and which is preferably arranged in a region close to the axis.

Device according to Claim 3 , characterized in that a suction line, preferably designed as a suction pipe, connects the interior of the cooling pot with the pressure-side (downstream) environment of the fan, where a higher pressure level associated with the fan downstream side prevails and a lower temperature level than in the main fan flow announced by the inlet nozzle, wherein at least some air from a free environment with a lower temperature level is present at the inflow point into the suction line.

Device according to Claim 4 , characterized in that air serving for cooling flows from an atmospheric environment or a free, moderately temperate room via the suction line into the cooling pot.

Device according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the cooling pot has openings towards the inflow side of the fan or towards the impeller or its hub, through which cooling air flows out of the cooling pot towards the front, i.e. towards the impeller hub.

Device according to one of the Claims 3 until 6 , characterized in that the cooling flow flowing out of the cooling pot flows into a main cooling system of the electric motor, in particular through heat-emitting cooling fins on a flange of the stator of the electric motor.

Device according to one of the Claims 3 until 7 , characterized in that the cooling pot is arranged closer to the axis or hub in an area downstream of an impeller in which the main fan flow has significant circumferential velocities which result in a pressure field which has significantly lower static pressure levels radially inward, i.e. close to the axis, than radially further out.

Device according to Claim 8 , characterized in that the pressure field has a significantly lower static pressure level than in the outer region of the housing, whereby cooling air flows through the intake pipe into the cooling pot and then flows out through openings on the cooling pot and mixes with the main fan flow.

Device according to one of the Claims 3 until 9 , characterized in that the cooling pot and/or the suction line is integrated in one piece into a supporting structure for the motor and the impeller, preferably into a supporting guide unit, of the fan.

Device according to one of the Claims 3 until 10 , characterized in that flow guides are formed in the cooling pot, which guide the cooling air at a relatively high speed and/or high turbulence close to a wall surface of an electronics housing or stator to be cooled.

Fan with a device according to one of the Claims 1 until 11 .

Fan after Claim 12 , characterized in that the fan sucks in air on its inlet side which has previously flowed through a heat exchanger in its flow path, whereby it has been heated or whereby its temperature has been increased.

Fan after Claim 13 , the outflow of which has high velocities, so that the warm air of the fan main flow downstream of the fan is thrown away from the fan so that no such warm air can be sucked in at the inlet of the suction line.

Method for cooling the electric motor of a fan with cool air using a device according to one of the Claims 1 until 11 and/or for use with a fan according to one of the Claims 12 until 14 .