Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung einer Umwälzung von Luft, ein Verfahren zu deren Erzeugung, und den Einsatz der Vorrichtung.

Bei verschiedenen Anwendungen besteht das Bedürfnis nach einem kalten oder warmen Luftvorhang, beispielsweise zur Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung von Lebensmittelerzeugnissen in einer gekühlten oder tiefgekühlten Theke. In anderen Fällen kann es sich um ein gekühltes Lastkraftfahrzeug handeln, einen Container oder eine andere Art eines Behälters, bei welchen es wesentlich ist, eine konstante Temperatur über einer großen Oberfläche aufrecht zu erhalten. Andere Anwendungen können das Kühlen körperlicher Maschinenelemente betreffen, beispielsweise von elektronischen Maschinen, Computern usw.

Im Falle gekühlter oder tiefgekühlter Theken wurde dieses Bedürfnis normalerweise dadurch erfüllt, dass mehrere einzelne Lüfter in regelmäßigen Abständen in Längsrichtung der gekühlten oder tiefgekühlten Theke vorgesehen wurden. Bei einer Punktkühlung dieser Art wird eine relativ große Energiemenge eingesetzt, da es auch erforderlich ist, eine ausreichende Kühlung an Punkten zwischen zwei Lüfterelementen zu erzielen, und eine gleichmäßige Verteilung der Luft nur in einiger Entfernung von den Lüftern erzielt. Jedes Lüfterelement muss auch eine Antriebseinheit aufweisen. Eine Punktkühlung dieser Art erfordert eine große Anzahl getrennter Einheiten im System, die kontrolliert, gewartet und möglicherweise ersetzt werden müssen, und dies ist sowohl zeitaufwändig als auch teuer. Ein Beispiel für eine derartige Lösung wird in der US 02/0047506 (1) vorgeschlagen, wobei Lüfterelemente an bestimmten Punkten sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite einer gekühlten Theke angeordnet sind.

Eine Vorrichtung, die eine Verbesserung zur Verfügung stellt, wird beispielsweise in der US 02/0094005 und in der EP 0697574 vorgeschlagen, welche längliche Lüfter offenbaren, die daher nicht mehr einen Punktumwälzeffekt zur Verfügung stellen, sondern die einen gleichmäßigen Luftvorhang einrichten. Diese länglichen Lüfter weisen sämtlich schaufelartige Elemente auf, die im Wesentlichen in Längsrichtung des Lüfters angeordnet sind, wahlweise mit Versteifungs-/Befestigungsvorrichtungen in regelmäßigen Abständen entlang der Achse des Lüfters, also durchgehend in Längsrichtung des Lüfters. Eine andere Art eines Lüfters ist in der US 4902199 beschrieben.

Diese Lüfter weisen den Nachteil auf, dass sie nicht besonders einfach an jede Fluidvorhanglänge anpassbar sind, die benötigt werden könnte.

Ein anderes Problem besteht darin, dass diese Lüfter nur in einer bestimmten Luftflusseinlass- und Auslassrichtung arbeiten können, und nicht einfach an die Anforderungen anderer Flussrichtungen angepasst werden können. Mit dem Einlassen von Luft in die Lüftervorrichtung zusammenhängende Probleme treten häufig bei vorhandenen Lüftervorrichtungen auf.

Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Lüfters, der eine gute, gleichmäßige Luftumwälzung über eine beträchtliche Entfernung in der unmittelbaren Nähe des Lüfterauslasses erzeugt. Ein weiteres Ziel besteht in der Bereitstellung eines Lüfters, der sehr einfach an den einzelnen Einsatzort angepasst werden kann, in Bezug auf die Breite, über welche der Lüfter einen gleichmäßigen Luftfluss zur Verfügung stellen soll, und der einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Ein weiteres Ziel besteht darin, einen Lüfter zu erhalten, der einfach an das jeweilige Erfordernis in Bezug auf ein Luftmuster von den Lüfter in Bezug auf das Ausbreitungsvermögen oder die zentrale Lage angepasst werden kann. Gleichzeitig besteht ein Ziel darin, einen Lüfter zu erhalten, der leise ist, und bei welchem die Reinigungs- und Wartungskosten minimal sind.

Ein weiteres Ziel besteht in der Bereitstellung einer Lüftervorrichtung mit guter Ansaugkapazität, die einfach in Bezug auf die Einlass- und Auslassrichtung des Luftflusses eingestellt werden kann, um einen größeren Einsatzbereich für dien Lüfter zu erzielen.

Die voranstehenden Ziele werden durch eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Verwendung wie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben, erzielt.

Die Vorrichtung weist eine Welle auf, die mit mehreren Lüfterkörpern versehen ist, die in einem Hohlraum angeordnet sind. Die Lüfterkörper sind in ihrer grundlegenden Form im Wesentlichen scheibenförmig, und erstrecken sich im Wesentlichen in Radialrichtung relativ zu einer Drehachse. Die Lüfterkörper weisen eine Dicke in Axialrichtung auf, und weisen eine größere Ausdehnung in Radialrichtung als in der Axialrichtung auf, was dazu führt, dass sie scheibenförmig sind. Die Welle erstreckt sich durch das Zentrum der Lüfterkörper. Die Länge der Welle und die Anzahl an Lüfterkörpern kann in Abhängigkeit vom Einsatzort der Vorrichtung und der gewünschten Ausgangsleistung oder Kapazität geändert werden.

Die Lüfterkörper sind in ihrer grundlegenden Form vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch um ihr Zentrum, und sind im Wesentlichen in rechten Winkeln zur Welle angeordnet. Die Lüfterkörper sind vorzugsweise beabstandet angeordnet. Auch andere Konstruktionen sind möglich, bei welchen die Scheiben an ihrem äußeren Rand andere Formen als rotationssymmetrisch aufweisen und/oder sie in einem Winkel relativ zur Welle in dem Lüfter angeordnet sind.

Die Lüfterkörper weisen auf oder in ihren im Wesentlichen radialen Oberflächen Flusselemente auf, die eine bessere Luftumwälzung fördern. Diese Flusselemente können von unterschiedlicher Art sein, und ein Lüfterkörper oder Lüfter kann eine Art oder eine Kombination unterschiedlicher Arten von Flusselementen aufweisen.

Die Flusselemente bestehen vorzugsweise aus zumindest einem Vorsprung auf den radialen Oberflächen des Lüfterkörpers. Diese Vorsprünge lassen sich auf eine Anzahl an Arten erhalten. Sie können entweder als Teil des Lüfterelements hergestellt werden, wenn dieses beispielsweise gegossen wird, später hinzugefügt werden, durch Schweißen, Kleben oder Nageln, oder auf irgendeine andere Art und Weise befestigt werden, oder dadurch erhalten werden, dass plattenartige Elemente durch Nuten in den Lüfterkörper eingeführt werden.

Wenn die Flusselemente Nuten sind, können sie in der Oberfläche später ausgebildet werden, oder können als Teil des Lüfterkörpers während dessen Herstellung hergestellt werden. Eine andere Variante zur Herstellung von Nuten und/oder Vorsprüngen kann darin bestehen, sie in das Lüfterelement zu stanzen. Hier kann es sich um Stanzvorgänge handeln, die nur eine Oberfläche des Lüfterkörpers beeinflussen, oder um Stanzvorgänge, bei welchen Nuten und Vorsprünge auf einer der im Wesentlichen in Radialrichtung verlaufenden Oberfläche zu entgegengesetzt geformten Nuten und/oder Vorsprüngen auf der anderen, entgegengesetzten, im Wesentlichen radial verlaufenden Oberfläche des Lüfterkörpers führen.

Die Anzahl an Flusselementen und deren Form kann zu dem Ausmaß des Ausbreitungsvermögens oder der zentralen Lage des Luftflusses des Lüfters beitragen, und kann auch eine Auswirkung drauf haben, ob der Lüfter einen Unterdruck an einer Seite oder einen Lüfterausstoß auf der anderen Seite erzeugt. Im Wesentlichen verlaufen derartige Nuten und/oder Vorsprünge in der Oberfläche in Radialrichtung nach außen von einem zentralen Bereich des Lüfterkörpers zum radial äußeren Rand des Lüfterkörpers. Die Nuten und/oder Vorsprünge können im Wesentlichen geradlinig sein, und sich in Radialrichtung erstrecken, oder können im Wesentlichen geradlinig sein und sich in Richtung nach vorne oder hinten erstrecken, oder können in einer im Wesentlichen radialen, nach vorn oder hinten gekrümmten Richtung gebogen sein. Falls die Vorsprünge in Rückwärtsrichtung gekrümmt relativ zur Drehrichtung sind, kann der Lüfter als Pumpe arbeiten, während eine Vorwärtskrümmung der Vorsprünge relativ zur Drehrichtung einen hervorragenden Lüfterausstoß ergibt, also Druck an der Rückseite des Lüfters geliefert wird. Normalerweise sind Nuten und/oder Vorsprünge gleichmäßig um den Umfang des Lüfterkörpers herum verteilt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lüfterkörper so ausgebildet, dass er Vorsprünge als Flusselemente aufweist. Diese Vorsprünge sind auf beiden Seiten des Lüfterkörpers identisch, und gleichmäßig um den Lüfterkörper herum verteilt. Die Vorsprünge erstrecken sich vorzugsweise in einer Vorwärtskurve von einem zentralen Abschnitt des Lüfterkörpers aus, mit einem Radius r1, in einem Winkel von etwa 90° relativ zu einer Rotationstangente, zu einem äußeren Radius r2, der einem äußeren Punkt des Lüfterkörpers entspricht, in einem Winkel zur Rotationstangente von etwa 50°. Ein Lüfterkörper kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er zwölf Vorsprünge entlang seinem Umfang aufweist, jedoch sind auch andere Anzahlen an Vorsprüngen möglich.

Die Lüfterkörper sind vorzugsweise auf der Welle in Abständen angeordnet. Durchgeführte Versuche haben ergeben, dass eine Verdoppelung des Raums zwischen den Scheiben von 10 mm auf 20 mm, also so, dass ein Raum von 10 mm zwischen den äußeren Punkten der Vorsprünge vorhanden war, zu einer etwa 30 %igen Erhöhung der Volumenflussrate der Luft am freien Auslass führte, wenn die Geschwindigkeit konstant gehalten wurde. Dies bedeutet, dass ein Raum von 200% zwischen einer Höhe von 100% der Flusselemente ein gutes Flussergebnis für den Lüfter gemäß der Erfindung ergibt.

Die Auswahl der Materialien für die Welle und die Lüfterkörper hängt vom Einsatzbereich der Vorrichtung ab. Eine Vorrichtung, bei welcher die Lüfterkörper einen Durchmesser von einigen wenigen Zentimetern aufweisen, und bei welcher das Gewicht wesentlich ist, wird selbstverständlich aus einem anderen Material hergestellt als eine Vorrichtung, bei welcher die Lüfterkörper einen Durchmesser von einem Meter aufweisen. Alle Arten von Material sind möglich für die gesamte Vorrichtung oder Teile hiervon, beispielsweise Metall, Kunststoffe, Kohlenstoff- und Glasfasern, usw.

Die Lüfterkörper können auf der Welle auf eine Anzahl von Arten angebracht werden, und das eingesetzte Verfahren hängt auch von der Auswahl des Materials für die Teile ab. Eine mögliche Art und Weise besteht darin, die Lüfterkörper im Schrumpfsitz auf die Welle aufzupassen. Alternativ können sie durch Schweißen, Löten, Schrauben oder Verkeilen befestigt werden. Abstandsstücke können zwischen den Lüfterkörpern vorhanden sein, sodass sie auf der Welle ordnungsgemäß beabstandet bleiben. Die Abstandsstücke können getrennte Abstandsstücke sein, die auf die Welle neben jedem Lüfterkörper aufgebracht werden, oder sie können ein einstückiges Teil der Lüfterkörper sein, wobei die Körper mit einem vorspringenden, kreisförmigen Flansch in der Nähe des Zentrums des Lüfterkörpers auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen des Lüfterkörpers versehen sein können. Es ist ebenso möglich, dass die Lüfterkörper mit Abstandsstücken aneinander durch Schweißen, Schraubenbefestigungsmittel oder Schnappverbindungen befestigt werden, sodass die Lüfterkörper selbst ein Teil der Welle, oder diese insgesamt, der Vorrichtung bilden.

Ein Verfahren zum Montieren des Lüfters besteht darin, die Welle auf die gewünschte Länge für den betreffenden Einsatz zu schneiden. Die Anzahl an Lüfterkörpern, welche die gewünschte Oberfläche aufweisen, wird bestimmt, und dann werden diese auf die Welle aufgeschoben, wahlweise mit dazwischenliegenden Abstandsstücken, und an der Welle befestigt. Die Anordnung wird in dem Hohlraum am Einsatzort installiert, durch Befestigung an einer Halterung, und wird an eine Antriebseinheit angeschlossen.

Ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung eines Lüfters gemäß der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung in einem einzigen Stück zu gießen, beispielsweise durch Gießen einer 10 m langen Welle mit Lüfterscheiben, die jeweils ein vorbestimmtes Muster, vorbestimmte Stege oder eine vorbestimmte Form aufweisen, in ein und demselben Vorgang, und dann beispielsweise Schneiden der Welle auf die gewünschte Länge.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Welle mit den Lüfterkörpern in einem Hohlraum angeordnet, der durch eine Abdeckung festgelegt ist. Allerdings ist es möglich, dass der Hohlraum aus einem Hohlraum in anderen Elementen am Einsatzort besteht, oder aus einer Kombination aus einem Hohlraum in anderen Elementen und einer Abdeckung.

Der Hohlraum weist im Wesentlichen eine rohrförmige Form auf, oder alternativ eine schraubenförmige Form mit geschlossenen Enden und einem Einlass/Auslass für Luft. Der Hohlraum kann so ausgebildet sein, dass ein trichterförmiger Einlass in die Lüfterelemente vorhanden ist, und ein diffusorförmiger Auslass, der von den Lüfterelementen weg führt.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Vorrichtung an Orten, an welchen es wünschenswert ist, einen warmen oder kalten Luftvorhang zu haben, der durch Umwälzen von Luft erhalten wird, beispielsweise in gekühlten und tiefgekühlten Theken, Behältern, Schränken, usw. Wenn die Lüftervorrichtung beispielsweise in einer gekühlten oder tiefgekühlten Theke angebracht werden soll, kann die unabhängige Abdeckung weggelassen werden, wobei die Konstruktion der gekühlten oder tiefgekühlten Theke mit einem Hohlraum versehen ist, der Rohrleitungen für ankommenden und weggehenden Luftfluss aufweist, welcher die Abdeckung ersetzt, und in welchem die Lüftervorrichtung angebracht wird.

Infolge des im Wesentlichen radialen Verlaufs der Lüfterkörper bleiben die Oberflächen der Lüfterkörper infolge der Zentrifugalkräfte während der Drehung immer sauber, und halten daher einen optimalen Ausstoß aufrecht, selbst in Umgebungen, die mit Staub, Pollen und dergleichen gefüllt sind.

Infolge ihres Verlaufs in Längsrichtung und der Form der Lüfterkörper führt die Vorrichtung im Wesentlichen ein Umwälzen der Luft in einer zweidimensionalen Richtung durch, und im Allgemeinen führt dies zu geringen Geräuschen. Weiterhin kann die Ausgangsleistung der Vorrichtung im Wesentlichen durch Drehzahlsteuerung der Welle gesteuert werden.

Die geschilderte Technologie ist skalierbar, sowohl in Bezug der radialen und/oder axialen Abmessungen des einzelnen Lüfterkörpers, und die Anordnung mehrerer Körper auf einer Welle. Nachstehend wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 im Prinzip einen Querschnitt eines Lüfterkörpers und einer Welle zeigt, umgeben von einer Abdeckung;

2 Zeichnungen einer Anzahl möglicher Luftflussrichtungen für einen Lüfter gemäß der Erfindung zeigt;

3 eine maßgleiche Zeichnung der Elemente eines Lüfters ist, ohne die Abdeckung;

4 ein Längsschnitt entlang der Linie A-A in 3 ist;

5 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Lüfterkörpers ist; und

6 den Einsatz eines Lüfters gemäß der Erfindung in einer gekühlten Theke zeigt.

1 zeigt im Prinzip einen Schnitt eines Lüfters 1 gemäß der Erfindung, wobei ein Lüfterkörper 3 auf einer Welle 2 angebracht ist, umgeben von einer Abdeckung 15. Die umgebende Abdeckung 15 ist teilweise kreisförmig, und mit einem trichterförmigen Einlass 16 versehen, der für einen tangentialen Einlass zu den Lüfterrädern sorgt, und mit einem Auslass 16', der auf die gleiche Art und Weise einen tangentialen Auslass aus der Lüftervorrichtung zur Verfügung stellt. Der tangentiale, trichterförmige Einlass 16 kann an jedem Punkt auf dem Umfang relativ zum Auslass 16' angeordnet sein, wodurch unterschiedliche Flussrichtungen ermöglicht werden, die an den betreffenden Einsatzort angepasst sind, wie in 2 gezeigt ist.

In 3 wurde die Abdeckung 15 entfernt, und sind weitere Einzelheiten des Lüfters 1 gemäß der Erfindung dargestellt, einschließlich mehrerer Lüfterkörper 3, die auf der Welle 2 angebracht sind. Die Länge der Welle 2 und die Anzahl an Lüfterkörpern 3 sind an den Einsatzort angepasst. Normalerweise ist die Welle 2 entweder direkt, wie in 3gezeigt, oder indirekt über eine Kraftübertragung mit einer Antriebseinheit 4 verbunden. Weiterhin ist die Welle 2 normalerweise drehbeweglich in zumindest einem Lager 5 gelagert, das in einer Stütze 6 vorgesehen sein kann, die an einer Basis befestigt ist.

Die Lüfterkörper 3 in ihrer grundlegenden Form sind im Wesentlichen scheibenförmig, und erstrecken sich, wie in 4 gezeigt, in einer im Wesentlichen radial verlaufenden Richtung mit geringerer Dicke in Axialrichtung, als ihr Verlauf in Radialrichtung beträgt. Abstandsstücke 7 können zwischen den Lüfterkörpern 3 vorgesehen sein, entweder als getrennte Teile oder als einstückiger Flansch des Lüfterkörpers.

Die radial verlaufenden Oberflächen der Lüfterkörper 3, also die Oberflächen, welche der Oberfläche eines zweiten Lüfterkörpers zugewandt sind, können mit Flusselementen 8 versehen sein. Diese können in Form von Nuten oder vorzugsweise Vorsprüngen vorhanden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, ist der Lüfterkörper 3 so ausgebildet, dass er 12 Flusselemente 8 auf jeder Seite des Lüfterkörpers 3 aufweist. Die Flusselemente 8 sind Vorsprünge, die im Wesentlichen lamellenförmig sind, und die mit einer nach vorn gerichteten Kurve versehen werden, von einem Startpunkt an einem Radius r1 zu einem äußeren Punkt an einem Radius r2, der im Wesentlichen einem äußeren Punkt des Lüfterkörpers 3 entspricht. Der innere Radius r1 befindet sich in einer gewissen Entfernung von einem Zentrumspunkt des Lüfterkörpers 3, der um seine Zentrumsachse mit einem Abstandsstück 7 in Form eines Flansches versehen ist. Der Vorsprung 8 erstreckt sich entlang einer Vorwärtskurve, die einen Winkel von im Wesentlichen 90° relativ zu einer Rotationstangente am inneren Radius r1 bildet, und die einen Winkel von im Wesentlichen 50° zu einer Rotationstangente am äußeren Radius r2 bildet.

Die Abdeckung 15, die im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, kann beispielsweise aus einem extrudierten Rohr hergestellt werden, jedoch kann ein Fachmann sich viele andere Arten der Bereitstellung der Abdeckung überlegen. Wenn der Lüfter beispielsweise in einer gekühlten Theke angebracht ist, kann die unabhängige Abdeckung 15 weggelassen werden, wenn die Konstruktion der gekühlten Theke so ist, dass sie einen länglichen, kreisförmigen Hohlraum mit einem Einlass und einem Auslass für den Luftfluss aufweist, welcher die Abdeckung ersetzt, und in welchem der Lüfter angebracht werden kann. 6 zeigt eine Lüftervorrichtung, die in einer gekühlten Theke angebracht ist.

In Bezug auf die Herstellung der Vorrichtung sind verschiedene Varianten möglich. Eine Variante besteht darin, Wellen und Lüfterkörper mit oder ohne getrennte Abstandsstücke herzustellen, worauf am Anbringungsort die Welle auf die richtige Länge geschnitten wird, und die gewünschte Anzahl an Lüfterkörpern mit der gewünschten Oberfläche auf der Welle angebracht und an dieser befestigt wird, worauf die Anordnung am Einsatzort dadurch montiert wird, dass sie an einer Halterung angebracht wird, und an eine Antriebseinheit angeschlossen wird.

Alternativ wird die Vorrichtung, welche eine Welle und Lüfterkörper aufweist, in vorgefertigten Meterlängen hergestellt. Zum Installieren am Einsatzort werden die Wellen auf die richtige Länge geschnitten, bevor sie an einem Lager angebracht werden, und an eine Antriebseinheit angeschlossen werden. Es ist ebenfalls möglich, dass die Welle und die Lüfterkörper als eine einzelne Einheit hergestellt werden, oder dass die Welle und die Lüfterkörper als komplette Einheit in der Fabrik hergestellt und zusammengebaut werden.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weist zahlreiche Einsatzbereiche auf, die von gekühlten Theken, wie in 6 gezeigt, und großen Fabrikanlagenlüftern bis zu Lüftereinheiten in PC-Geräten, in Heizungen und Trocknern reichen. Sich drehende Wärmetauscher können in der Lebensmittel- oder verarbeitenden Industrie eingesetzt werden, in Stadtviertel-Heizkraftwerken usw. Abhängig von seinen Einsatzbereichen ändern sich beim Lüfter die Abmessungen beträchtlich, von Millimetern, zu Metern. Es ist ebenfall erforderlich, die Vorrichtung aus verschiedenen Arten von Material herzustellen, abhängig von dem Einsatzbereich. In jenen Fällen, in denen das Gewicht wesentlich ist, ist das Gewicht des Materials ein kritischer Faktor. Alternativ können das Wärmeleitvermögen oder die Festigkeit wesentlich sein. Auch der Wunsch nach bestimmten Flusselementen oder von deren Formen kann entscheidend für die Art des Materials sein, das für die unterschiedlichen Teile der Vorrichtung ausgewählt wird. Teile können aus Metall, Kunststoff, Kohlenstoff- oder Glasfasern usw. hergestellt werden. Die Vorrichtung kann auch sowohl als Sauglüfter für Gase und zum Umwälzen von Fluiden eingesetzt werden.

Zwar wurde die Erfindung nunmehr anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben, jedoch lassen sich zahlreiche Varianten der Erfindung überlegen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist, und die innerhalb der Kenntnisse des Fachmanns liegen.