Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilator, wobei es sich dabei sowohl um einen Radialventilator als auch um einen Axialventilator handeln kann. Der Ventilator umfasst ein Laufrad mit einer Vorleiteinrichtung im Strömungspfad vor dem Laufrad, vorzugsweise vor dem Einlaufbereich einer Einlaufdüse.

Ein gattungsbildender Ventilator mit zuströmseitiger Vorleiteinrichtung ist bei- spielsweise aus der WO 03/054395 A1 bekannt. Die dort vorgesehen Vorleiteinrichtung dient in erster Linie der Strömungsvergleichsmäßigung, insbesondere auch zur Lärmreduktion. Die bekannte Vorleiteinrichtung erzeugt einen Vordrall in Drehrichtung des Laufrads. Wesentlich ist dabei, dass möglicherweise erzielte akustische Verbesserungen regelmäßig mit Luftleistungs- und Wirkungsgradein- büßen einhergehen.

Aus der Praxis sind auch bereits sogenannte Vorleiträder bekannt, die zur Begünstigung des Wirkungsgrads und/oder der Luftleistung dienen. Diese Vorleiträder bedingen jedoch akustische Nachteile und sind kompliziert im Aufbau so- wie im Einbau in die jeweiligen Ventilatorprodukte. Sie werden regelmäßig nicht vor Einlaufdüsen eingebaut und haben somit, im Vergleich zum Ventilator, keine besonders große Durchströmungsfläche. Dadurch sind die Luftgeschwindigkeiten im Bereich dieser Vorleiträder relativ hoch, was insbesondere die akustischen Nachteile bewirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator mit einer Vorleiteinrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass bei verbesserten, gleichbleibenden oder allenfalls geringfügig verschlechterten akustischen Werten die Luftleistung und/oder der Wirkungsgrad erhöht wird/ werden. Der tonale Lärm, der am Ventilator infolge von inhomogener Zuströmung entsteht, kann reduziert werden, da das Vorleitgitter die Zuströmung vergleichmäßigt. Das Vorleitgitter soll kostengünstig fertigbar und einfach montierbar sein. Außerdem soll ein Ventilator geschaffen werden, der sich von wettbewerblichen Produkten unterscheidet. Ebenso soll ein entsprechendes Vorleitgitter angegeben werden, mit dem ein Radial- oder Axialventilator ausgestattet werden kann, um den voranstehend genannten Anforderungen zu genügen.

Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist bei dem gattungsbildenden Ventilator die Vorleiteinrichtung als Vorleitgitter mit Stegen ausgeführt, die derart angeordnet und geformt sind, dass bei einer im Wesentlichen drallfreien Zustromung eine Strömungsbeeinflussung in Umfangsrichtung erfolgt. Der Begriff „Steg" ist im weitesten Sinne zu verstehen.

In Bezug auf das erfindungsgemäße Vorleitgitter ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 14 gelöst.

In vorteilhafter Weise sind die Stege derart angeordnet und geformt, dass durch eine Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung ein Vordrall gegen die Drehrichtung des Laufrads erzeugt wird. Der Vordrall gegen die Drehrichtung des Laufrads hat, verglichen mit demselben Ventilator ohne Vorleitgitter, den Effekt der Luftleistungssteigerung und/oder Wirkungsgradsteigerung. Akustische Nachteile sind gering, da sich die Luftleiteinrichtung, anströmseitig, in einem Bereich befindet, wo die Strömungsgeschwindigkeiten niedrig sind. Der tonale Lärm, der am Ventilator infolge von inhomogener Zustromung entsteht, kann reduziert werden, da das Vorleitgitter die Zustromung vergleichmäßigt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind radial verlaufende Stege eines Vor- leitgitters Leitflügel, die jedoch von einer exakt radialen Ausrichtung abweichen und/oder in sich geneigt, gekrümmt, gedreht oder verdreht sind. Die Leitflügel können im Querschnitt die Gestalt eines Tragflügelprofils aufweisen. Diese Leitflügel können durch Querstege untereinander zu einem Gitter verbunden sein. Durch diese gitterartige Struktur wird der zuvor bereits erwähnte Vordrall erzeugt, mit dem Effekt einer Luftleistungssteigerung und/oder Wirkungsgradsteigerung bei Vorteilen oder allenfalls geringen Nachteilen in Bezug auf die Akustik. Es sind Ausführungsformen denkbar, die besonders einfach zu fertigen sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn radiale Stege konstante Wanddicke haben und / oder gerade bzw. eben verlaufen und / oder ihre Skelettflächen genau in Axialrichtung ausgerichtet sind. Vorteilhaft ist, wenn das Vorleitgitter ohne Schieber aus einem Spritzgießwerkzeug entformbar ist.

Es ist auch denkbar, dass das Vorleitgitter ähnlich einem unstrukturierten Gitter, beispielsweise einem Wabengitter, aufgebaut ist, solange es so gestaltet ist, dass es den Vordrall erzeugt.

Das Vorleitgitter umfasst entsprechend den voranstehenden Ausführungen viele kleine Stege, die in relativ großer Entfernung zum Laufrad angeordnet sind, nämlich entsprechend der Ausgestaltung und Anordnung der Vorleiteinrichtung. Insbesondere ist das Vorleitgitter im Strömungspfad vor einer Einlaufdüse angeordnet. Dadurch kann die durchströmte Fläche erheblich größer sein als die durchströmte Querschnittsfläche im Bereich des Eintritts ins Ventilatorlaufrad. Infolgedessen sind die Luftgeschwindigkeiten im Bereich des Vorleitgitters niedrig, was sich vorteilhaft hinsichtlich Lärmerzeugung und strömungstechnischen Verlusten auswirkt. Dabei ist der Effekt der Interaktion einer sogenannten Nach- laufdelle mit den Laufradflügeln gering. Das Vorleitgitter sorgt ähnlich einem Strömungsgleichrichter für eine gewisse Strömungsvergleichmäßigung und führt somit zu Verbesserungen bei tonalem Lärm, insbesondere bei - wodurch auch immer - gestörten Zuströmbedingungen. Letztendlich wird in erfindungsgemäßer Weise ein Vordrall mit einer Art Strömungsgleichrichter generiert. Die Erhöhung der Luftleistung bzw. des Wirkungsgrads ist mit allenfalls geringer akustischer Verschlechterung bzw. Verbesserung bei gestörten Zuströmbedingungen kombiniert, was auf die besondere Ausgestaltung der Luftleiteinrichtung in Sinne eines Vorleitgitter zurückzuführen ist.

Die Gestalt bzw. Kontur des Vorleitgitters ist abhängig davon, ob es sich bei dem Ventilator um einen Radialventilator oder einen Axialventilator handelt. Insbesondere bei einem Radialventilator ist es von Vorteil, wenn das Vorleitgitter haubenartig ausgebildet ist. Handelt es sich bei dem Ventilator um einen Axialventilator, könnte das Vorleitgitter kreisringartig ausgebildet sein, wobei der Kreisring durch ein funktionales Element mittig geschlossen sein kann. Im Konkreten kann eine integrale oder separate Strömungshaube vorgesehen sein, die sich an das Vorleitgitter anschließt oder am bzw. im Vorleitgitter befestigt ist. Die Strömung wird dann vorteilhaft im inneren Bereich (Nabenbereich) an einer Kontur geführt.

Das Vorleitgitter kann einteilig oder mehrteilig aus Kunststoff hergestellt sein. Es ist vorzugsweise spritzgusstechnisch hergestellt. Es hat vorteilhaft Vorkehrungen, die eine Befestigung des Vorleitgitter beispielsweise an einer Düsenplatte ermöglichen.

Es ist denkbar, dass das Vorleitgitter die Funktion eines Berührschutzgitters mit übernimmt.

Der Ventilator kann in beliebigen lufttechnischen Anordnungen verwendet werden, beispielsweise in einem Gehäuse, einem Klimagerät, einer Klima- oder Lüfterwand, etc.. Insbesondere ist es denkbar, dass vorzugsweise saugseitig ein Wärmetauscher angeordnet ist, ganz gleich um welchen Ventilatortyp es sich im Konkreten handeln mag.

Das erfindungsgemäße Vorleitgitter umfasst die das Vorleitgitter betreffenden Merkmale des zuvor erörterten Ventilators. Es kann nachträglich dem jeweiligen Ventilator zugeordnet werden, nämlich im Rahmen einer Nachrüstung. Auch ein Austausch ist möglich.

Bei einem Axialventilator mit verstellbaren Staffelungswinkeln der Flügel kann eine erforderliche Luftleistung mit Einsatz des Vorleitgitters mit niedrigerem Staffelungswinkel erreicht werden als ohne Vorleitgitter. Dadurch wird die erforderliche Luftleistung mit wesentlich höherem Wirkungsgrad erreicht.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung 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

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorleitgitters

Fig. 2 in einer Frontansicht das Vorleitgitter aus Fig. 1

Fig. 3 im Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Längsachse das Vorleitgitter aus den Fig.1 und 2,

Fig. 4 in einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorleitgitters mit Strömungsführung an der Nabe,

Fig. 5 in einer Seitenansicht das Vorleitgitter aus Fig. 4

Fig. 6 in einer Vorderansicht das Vorleitgitter aus den Fig. 4 und 5

Fig. 7 im Schnitt in einer Ebene entlang der Längsachse das Vorleitgitter aus den Fig. 4 bis 6,

Fig. 8 im Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Längsachse das Vorleitgitter aus den Fig. 4 bis 7,

Fig. 9 in einer schematischen Ansicht, im Schnitt entlang der Längsachse, einen Radialventilator mit einem erfindungsgemäßen Vorleitgitter nach einer der Figuren 1 bis 3, Fig. 10 in einer schematischen Ansicht, im Schnitt entlang der Längsachse, einen Axialventilator mit einem Vordrallgitter nach einer der Figuren 4 bis 8,

Fig. 1 1 einen Ventilator mit Vorleitgitter entsprechend Figur 10 mit axial angeordnetem saugseitigem Wärmetauscher,

Fig. 12 eine weitere Variante eines Ventilators mit Vorleitgitter entsprechend

Figur 10 mit radial angeordnetem saugseitigem Wärmetauscher,

Fig. 13 in schematischer Ansicht den Gegenstand aus Fig. 9, wobei nur das

Vorleitgitter geschnitten dargestellt ist und schematische zusätzliche Definitionen eingezeichnet sind, Fig. 14 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines

Vorleitgitters das keinen Vordrall erzeugt,

Fig. 15 in einer Frontansicht das Vorleitgitter aus Fig. 14, Fig. 16 im Schnitt in einer Ebene orthogonal zur Längsachse das Vorleitgitter aus den Fig. 14 und 15,

Fig. 17 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines

Vorleitgitters das Vordrall erzeugt und dessen Radialstege schräg zur Radialrichtung verlaufen, aber nicht gekrümmt sind,

Fig. 18 in einer Frontansicht das Vorleitgitter aus Fig. 17,

Fig. 19 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines

Vorleitgitters das Vordrall erzeugt und dessen Radialstege gekrümmt sind, allerdings in Achsrichtung gesehen gerade, und

Fig. 20 in einer Frontansicht das Vorleitgitter aus Fig. 19. Fig.1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Vorleitgitter 1 , welches insbesondere für einen in Figur 1 nicht gezeigten Radialventilator geeignet ist. Das Vorleitgitter 1 wird in vorteilhafter Weise vor dem Einlaufbereich einer Einlaufdüse angebracht. Es umfasst radiale Stege 2, die durch Querstege 3 zu einer Art Haube miteinander verbunden sind. Durch Anordnung des Vorleit- gitters 1 vor dem Einlaufbereich der Einlaufdüse des Ventilators wird ein Vordrall gegen die Drehrichtung des Laufrads des Ventilators erzeugt.

Fig. 9 zeigt in einer schematischen Ansicht, im Schnitt entlang der Längsachse, eine Anwendung des erfindungsgemäßen Vorleitgitters 1 aus Fig. 1 , in Kombination mit einem Radialventilator 6 mit Radial-Laufrad 12, der in Figur 9 lediglich angedeutet ist. Die Anordnung ist im eingebauten Zustand beispielsweise als Element einer Lüfterwand, Klimawand oder dergleichen zu verstehen. In Fig. 9 ist das Vorleitgitter 1 gemäß Fig. 1 mit einer Einlaufdüse 9, die in eine Düsenplatte 10 integriert ist, und einem Ventilator 6 mit Laufrad 12 im Schnitt dargestellt. Im Betrieb saugt der Ventilator 6 infolge der Rotation des Laufrads 12 Luft durch das Vorleitgitter 1 und danach durch die Einlaufdüse 9 an. Im Laufrad 12 des Ventilators 6 wird durch dessen Rotationsbewegung Energie auf die Luft übertragen, wodurch die Durchströmung angetrieben wird, bevor sie am Ventilatoraustritt wieder aus dem Laufrad 12 ausströmt. Vor dem Eintritt in das Vorleitgitter 1 weist die Luft, insbesondere im zeitlichen und räumlichen Mittel über den Zuströmbereich des Vorleitgitters gesehen, keine oder nur eine niedrige Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung bezüglich der Ventilatorachse auf. In dem Zusammenhang wird von einer im Mittel im Wesentlichen drallfreien Zuströmung gesprochen, welche in der Regel bei Ventilatoranwendungen vorliegt. Zeitliche und/oder räumliche Schwankungen der Geschwindigkeit der Zuströmung, welche in vielen Einbausituationen von Ventilatoren auftreten, werden bei der Durchströmung des Vorleitgitters 1 reduziert. Dadurch kann die Entstehung von Geräuschen und Schwingungen im Betrieb des Ventilators 6 reduziert werden. Die Reduktion der zeitlichen und räumlichen Schwankungen der Luftgeschwindigkeiten ergibt sich durch die relativ engen Luftdurchlässe, die durch die Gitterstegstruktur definiert werden und in der die Luft entsprechend geführt wird. Um enge Luftdurchlässe zu haben, ist eine relativ große Zahl an Stegen, beispiels- weise Radial- oder Querstegen 2, 3, notwendig, die wiederunn eine relativ große Zahl an Luftdurchlassöffnungen definieren. So sind im Ausführungsbeispiel über den Umfang verteilt 30 Radialstege 2 vorhanden. Es sind etwa 91 Luftdurchlassöffnungen ausgebildet. Um den Luftwiderstand zu verringern, werden die Stege vorzugsweise dünn ausgeführt. Typische Wanddicken der Stege 2, 3 sind 0.5 mm - 3 mm, wobei die Fertigbarkeit und Festigkeit eines Vorleitgitters 1 berücksichtigt werden müssen. Desweiteren weisen die Stege 2, 3 eine gewisse Höhe, in Durchströmrichtung gesehen, auf, um die Schwankungen der Luftgeschwindigkeiten effektiv reduzieren zu können. Typisch sind Höhen in Durch- Strömrichtung von 8 mm bis 30 mm.

In Fig. 9 ist deutlich erkennbar, dass das Vorleitgitter im Strömungspfad vor der Einlaufdüse und somit vor einer Verjüngung des Strömungsquerschnittes liegt. Der Gesamtströmungsquerschnitt im Bereich des Vorleitgitters ist wesentlich größer als der engste Strömungsquerschnitt in der Einlaufdüse 9. Vorteilhaft ist ein Faktor von wenigstens 2, den der Gesamtströmungsquerschnitt des Vorleitgitters im Verhältnis zum engsten Strömungsquerschnitt in der Einlaufdüse größer ist. Dadurch sind sie Luftgeschwindigkeiten im Bereich des Vorleitgitters relativ niedrig, was vorteilhaft für Geräuscharmut und niedrige Druckverluste am Vorleit- gitter ist. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn das Vorleitgitter, wie im Ausführungsbeispiel, zur Vordrallerzeugung genutzt wird.

In Fig. 13 ist ein vergleichbarer Aufbau wie in Fig. 9 dargestellt, wobei vom Ventilator 6 nur das Laufrad 12 und lediglich das Vorleitgitter 1 geschnitten darge- stellt sind. Das Vorleitgitter 1 ist in schematischer Weise durch seine Skelettflächen 1 1 dargestellt, d.h. ohne fertigungstechnisch notwendige Wanddicken. Diese Skelettflächen 1 1 entsprechen den Mittelflächen der wandstärkenbehafteten Stege 2, 3. Zusätzlich ist schematisch an einer Stelle im Strömungspfad vor dem Vorleitgitter eine Luftgeschwindigkeitsvektor vi angedeutet. Nach Durchtritt durch das Vorleitgitter kann die Luft eine andere Geschwindigkeit v2 aufweisen.

In Fig. 13 sind noch für die Beschreibung der Erfindung hilfreiche Koordinatensysteme eingezeichnet. Der Ursprung ist jeweils der gedachte Schnittpunkt der Ventilatorachse mit der Ebene der Düsenplatte 10. Es ist ein kartesisches Koordinatensystem mit den Koordinaten (x, y, z) eingezeichnet, wobei die z-Achse auf der Ventilatorachse liegt. Weiterhin ist ein Kugelkoordinatensystem mit den Koordinaten (r, φ, O), die anhand eines beliebigen Punktes P erklärt sind, eingezeichnet, r beschreibt den Abstand zum Ursprung, φ den Winkel zwischen dem auf die x-y-Ebene projizierten Radialstrahl, der P mit dem Urrpung verbindet, und der positiven x-Achse und O den Winkel zwischen diesem Radialstrahl und der z-Achse. Die Definition von solchen Kugelkoordinatensystemen ist allgemein bekannt. An einem beliebigen Punkt können nun jeweils zu Variationen von r, φ oder O (jeweils bei Festhalten der beiden anderen Koordinaten) zugehörige Richtungen angegeben werden. Die r-Richtung wird als Radialrichtung bezeichnet, die φ-Richtung als Umfangsrichtung (sie entspricht der Rotationsrichtung um die z- Achse bzw. der Ventilatorachse), und die O-Richtung als Polarrichtung. Dreidimensionale Vektoren, beispielsweise Geschwindigkeiten oder Flächennormalen, können nun in Form von drei Komponenten ausgedrückt werden, die je- weils die Projektion des Vektors in Radial-, Umfangs-, und Polarrichtung darstellen.

Eine Zuströmung vi kann somit in Kugelkoordinaten v1 =(v1 r, ν1 φ, v1 O) dargestellt werden. Dabei hängen vi und die Komponenten vi r, ν1 φ und v1 O im Allgemeinen vom Ort und von der Zeit ab. Für eine im Mittel (räumlich und/oder zeitlich) im Wesentlichen drallfreie Zuströmung vi ist vor dem Vorleitgitter 1 die Umfangskomponente ν1 φ, zumindest im räumlichen oder zeitlichen Mittel, null oder sehr klein. Eine Komponente ν1 φ der Zuströmgeschwindigkeit vi , multipliziert mit dem lokalen Achsabstand, ist ein Maß für Drall um die Ventilatorachse, den die Zuströmung vor dem Vorleitgitter aufweist. Eine vereinfachte, modellhafte, gemittelte Zuströmung vi weist im gesamten Zuströmbereich nur eine Komponente in Radialrichtung (r-Komponente) auf, also v1 =(v1 r, ν1 φ, v1 O) ~ (vi r,0,0), wobei vi r vom Ort abhängt. Das Vorleitgitter 1 gemäß den Fig. 1 , 9, 13 erzeugt bei der durchströmenden Luft einen Vordrall. Das heißt, die Luftgeschwindigkeit v2 nach Durchtritt durch das Vorleitgitter 1 weist im räumlichen und zeitlichen Mittel, vor dem Eintritt in das Laufrad 12 des Ventilator 6, einen signifikanten Drall um die Ventilatorachse auf. Die Umfangskomponente (φ-Komponente) ν2φ der Geschwindigkeit v2=(v2r, ν2φ, ν2Θ) nach dem Vorleitgitter ist also räumlich und zeitlich gemittelt deutlich von 0 verschieden. Das Vorzeichen von ν2φ beschreibt die Drehrichtung des Vordralls. Diese kann im Allgemeinen identisch oder entgegengesetzt der Drehrichtung des Ventilators sein. Vorteilhaft für die Luftleistung des Ventilators ist sie entgegen- gesetzt der Ventilatordrehrichtung.. Im räumlichen und zeitlichen Mittel gesehen kann beispielsweise nach Durchströmen des Vorleitgitters 1 1 der Betrag der Komponente ν2φ größer sein als 5% des Betrags der Gesamtgeschwindigkeit v2 der Luft, die dann einen signifikanten Drall um die Ventilatorachse aufweist, bevor sie ins Laufrad 12 eintritt.

Für eine Skelettfläche 1 1 des Vorleitgitters 1 ist in Fig. 13 exemplarisch an einer Stelle eine Flächennormale n dargestellt, die auch in Radial-, Umfangs- und Polarkomponenten (nr, ηφ, ηΘ) ausgedrückt werden kann. Es werden alle Flächenormalenvektoren für die weitere Betrachtung auf die Länge 1 normiert angenommen.

Mit Hilfe der Normalenvektoren n der Skelettflächen 1 1 kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob ein Vorleitgitter eine im Mittel im Wesentlichen drallfreie Zuströmung vi bei Durchströmung des Gitters mit Vordrall beaufschlagt, also ob sie eine signifikante Geschwindigkeitskomponente ν2φ in Umfangs- richtung erzeugt.

Hierzu werden zunächst in lokaler Betrachtungsweise (ein Flächenelement an einer bestimmten Vorleitgitterposition betrachtend) zwei Bedingungen angegeben. Erstens muss eine Skelettfläche 1 1 in einem Anstellwinkel zur Zuströmrichtung stehen, d.h. deren Normalenvektor n nicht orthogonal zur lokalen Zuströmrichtung vi sein, die vereinfacht wie beschrieben modelliert werden kann durch v1 =(v1 r, ν1 φ, ν1 Θ) ~ (v1 r,0,0). Bei einer solchen Zuströmung ist die Bedingung erfüllt, wenn ein Normalenvektor eine Radialkomponente nr aufweist, die sich betrags- mäßig von null deutlich unterscheidet, vorteilhaft ist |nr| > 0.1. Mit anderen Worten muss ein Normalenvektor einer Skelettfläche eine signifikante radiale Komponente haben. Die zweite Bedingung ist, dass Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung stattfinden muss, also ein Reaktionsmoment in Umfangsrichtung entstehen muss, gleichbedeutend mit einer Komponente in Umfangsrichtung ηφ des Normalen- vektors n, die sich betragsmäßig signifikant von 0 unterscheidet, vorteilhaft ist |ηφ| > 0.1. Mit anderen Worten muss ein Normalenvektor eine signifikante in Umfangsrichtung weisende Komponente haben. Damit ein Skelettflächenabschnitt Vordrall erzeugt, müssen beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein. Der erzeugte Vordrall ist in der Regel für einen betrachteten Skelettflächenabschnitt umso höher, je höher der Betrag des Produktes nr ^* ncp ist. Das bedeutet auch, dass die Stärke des Vordralls mit der geometrischen Gestaltung des Vorleitgitters gesteuert werden kann. Das Vorzeichen des Produktes nr ^* ncp zeigt die Rotationsrichtung der erzeugten Umfangskomponente ν2φ, also des Vordralls, bei der beschriebenen drallfreien Zuströmung an (ein positives Vorzeichen bedeutet dabei eine Rotationsrichtung des Vordralls in positive Richtung der Koordinate φ).

Die lokale Betrachtungsweise muss noch auf eine Gesamtbetrachtungsweise erweitert werden, bei der alle Flächenelemente aller Skelettflächen in Summe betrachtet werden. Um, im zeitlichen und räumlichen Mittel gesehen, einen gewünschten Vordrall zu erzeugen, reicht es in der Regel aus, wenn ein Anteil aller Skelettflächen einen Normalenvektor aufweist, bei welchem der Betrag des Produkts nr ^* ncp größer 0 ist, es kann also auch einen Anteil an Skelettflächen geben, für die nr ^* ncp=0 ist. Es kann allerdings sein, dass sich die Wirkung von zwei Skelettflächenabschnitten gegenseitig aufhebt, was die räumliche Mittelung des Dralls betrifft, nämlich dann, wenn sich die an verschiedenen Skelettflächenabschnitten jeweils erzeugten Drallanteile in Summe aufheben, da sie verschiedene Vorzeichen haben. Um, im räumlichen und zeitlichen Mittel, nach Durchströmung des Vorleitgitters 1 einen signifikanten Vordrall, also eine signifikante mittlere Umfangsgeschwindigkeit ν2φ, zu haben, muss sich der Flächen-Mittelwert [nr ^* ncp] des (vorzeichenbehafteten) Produkts nr ^* ncp über die Gesamtheit der Skelettflächen 1 1 eines Vorleitgitters signifikant von null unterscheiden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Betrag des Flächen-Mittelwertes [nr ^* ncp] größer ist als 0.01 , vorteilhaft größer als 0.05. Bei dieser Betrachtung wird der Effekt, dass sich gegensinnige Vordrallerzeugung an verschiedenen Stellen des Vorleitgitter im Mittel aufheben, mit erfasst, d.h. wenn sich verschiedene Vordrall erzeugende Bereiche im Mittel wieder aufheben wird auch der Flächen-Mittelwert [nr ^* ncp] null oder nahe null liegen. Fig. 2 zeigt das Vorleitgitter 1 aus Fig. 1 in einer Frontansicht. Diese Ansicht lässt erkennen, dass sowohl die radialen Stege 2 als auch die Querstege 3 in Bezug auf die Längsachse zumindest geringfügig gedreht bzw. geneigt oder gekippt sind. Die Normalenvektoren der Querstege 3 weisen durchgängig eine Umfangs- komponente von null auf, also tragen die Querstege 3 im Ausführungsbeispiel nicht zur Vordrallerzeugung bei, denn das Produkt nr ^* ncp ist null. Die radialen Stege 2 hingegen tragen zur Vordrallgenerierung bei. Die zughörigen Normalenvektoren weisen eine Umfangskomponente betragsmäßig größer 0.95 auf, da die Radialstege 2 hauptsächlich in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, allerdings durch ihre deutlich erkennbare Krümmung auch eine Komponente in Richtung der anhand Fig. 13 definierten Kugelradialen aufweisen, der betragsmäßig im Mittel über die Radialstege 2 etwa 0.07 beträgt. Somit entsteht für die Radialstege ein Flächen-Mittelwert [nr ^* ncp] von etwa 0.07 und für das gesamte Vorleitgitter ein Flächen-Mittelwert [nr ^* ncp] von etwa 0.05. Dieses Vorleitgitter erzeugt einen eher niedrigen Vordrall, bei dem im Mittel nach Durchströmung des Vorleitgitters der Betrag der Umfangsgeschwindigkeit etwa 10% des Betrags der Gesamtgeschwindigkeit beträgt. Dennoch kann mit einem solchen Vorleitgitter die Luftleistung und der Wirkungsgrad sichtbar erhöht werden, wenn der Drehsinn des Vordralls gegen den Drehsinn des Laufrads gerichtet ist. Vorleitgitter mit niedrigem Vordrall zeichnen sich durch besonders niedrige Schallerzeugung am Ventilator- Laufrad aus. Außerdem hat ein niedriger Vordrall den Vorteil, dass Ventilatoren, die für den Vordrall-freien Betrieb entworfen wurden, für ein solches Vordrallgitter optimal geeignet sind. Generell geht in der Regel ein Vordrall gegen die Drehrichtung eines Ventilator- Laufrads einher mit einer Luftleistungssteigerung, im Vergleich zum Vordrall-freien Betrieb desselben Ventilator-Laufrads.

Die geschnittene Darstellung in Figur 3 zeigt deutlich, dass die radialen Stege 2 nicht exakt radial verlaufen, wodurch eine Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung generiert wird, da die Flächennormalen nicht exakt in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, sondern auch eine Radialkomponente haben. Die Vordrallgenerierung zeigt für alle Radialstege 2 in dieselbe Drehrichtung, da das Produkt nr ^* ncp immer dasselbe Vorzeichen aufweist. Weiterhin ist zu erkennen, dass die radialen Stege 2 gekrümmt ausgeführt sind. Dies ermöglicht eine besonders verlustarme Umlenkung der Strömung in Umfangsrichtung. Radial außen, im Bereich der Zuströmung, ist die Radialkomponente nr des lokalen Normalenvektors noch nahe null, also steht dort die Skelettfläche noch etwa parallel, also ohne Anstellwinkel, zur Zuströmung, wodurch Stoßverluste minimiert werden. Erst über die Krümmung der Stege wird die Komponente nr der Normalenvektoren betragsmäßig größer, was dann zu einer Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung führt. Eine gekrümmte Ausführung der vordrallerzeugenden Flächen ist vorteilhaft, kann allerdings von der Fertigung her schwieriger sein als eine nicht- gekrümmte Ausführung von Stegen 2, 3. Infolge der gekrümmten Gestaltung können die Stege auch als Leitflügel aufgefasst werden.

Wie bereits Eingangs ausgeführt, gibt es im Stand der Technik Ventilatoren mit Vorleitgitter, wobei diese keinen Vordrall erzeugen. Solche Vorleitgitter sind in aerodynamischer Hinsicht ein Hindernis im Strömungspfad. Entsprechend sinkt die Luftleistung und der Wirkungsgrad bei Vorkehrung eines solchen Vorleitgitters. Im Gegensatz dazu erzeugt das erfindungsgemäße Vorleitgitter einen Vordrall und erhöht dadurch die Luftleistung merklich. Der Wirkungsgrad kann ebenfalls zumindest geringfügig erhöht werden.

Während die Ausstattung eines Ventilators mit einem herkömmlichen Vorleitgitter insbesondere die ersten drei Harmonischen der Blattfolgefrequenz deutlich reduzieren, geht diese Verbesserung bei einem erfindungsgemäßen Vorleitgitter mit zusätzlichen aerodynamischen Verbesserungen einher.

In den Figuren 14 - 16 ist ein Vorleitgitter 1 dargestellt, welches keinen Vordrall erzeugt. Ein solches Vorleitgitter kann räumliche und zeitliche Schwankungen in der Zuströmung reduzieren und somit den am Ventilator erzeugten Lärm reduzieren. Bei diesem Vorleitgitter ist für alle Skelettflächen das Produkt nr ^* ncp gleich null, also insbesondere auch der Flächen-Mittelwert [nr ^* ncp] gleich null. Die Normalenvektoren der Radialstege 2 haben an keiner Stelle eine Radialkomponente nr, wie in Fig. 15 und Fig. 16 gut zu erkennen ist, sie weisen also keinen Anstellwinkel zur Zuströmung auf. Die Normalenvektoren der Umfangs- stege 3 haben an keiner Stelle eine Umfangskomponente ηφ, erzeugen also kein Reaktionsmoment in Umfangsrichtung und somit keine Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung. In Fig. 15 ist gut zu erkennen, dass die Radialstege 2 genau in Achsrichtung ausgerichtet sind, was eine Entformung in einem Spritzgießwerkzeug maßgeblich erleichtert.

In den Figuren 17 - 18 ist ein Vorleitgitter 1 dargestellt, welches im räumlichen und zeitlichen Mittel gesehen Vordrall erzeugt, aber nicht gekrümmte Stege aufweist. In Fig. 18 ist zu erkennen, dass die Normalenvektoren der Skelettflächen der Radialstege 2 jeweils eine Komponente in Radialrichtung nr ungleich null und eine Komponente in Umfangsrichtung ηφ ungleich null aufweisen. Gleichzeitig sind die Radialstege 2 axial ausgerichtet (Fig. 18) was vorteilhaft für die Entformbarkeit aus einem Spritzgießwerkzeug ist.

In den Figuren 19 - 20 ist ein Vorleitgitter 1 dargestellt, welches im räumlichen und zeitlichen Mittel gesehen Vordrall erzeugt, und gekrümmte radiale Stege 2 aufweist. In Fig. 20 ist zu erkennen, dass die Normalenvektoren der Skelettflächen der Radi-alstege 2 jeweils eine Komponente in Radialrichtung nr ungleich null und eine Kom-ponente in Umfangsrichtung ηφ ungleich null aufweisen. Die gekrümmte Gestaltung der Radialstege 2 ermöglicht es, bei gleicher Vordrallerzeugung die Strömungsverluste am Vorleitgitter 1 zu minimieren. Trotz ihrer Krümmung sind die Radialstege 2 axial ausgerichtet (Fig. 20) was wiederum vorteilhaft für die Entformbarkeit aus einem Spritzgiesswerkzeug ist. Die Radialstege 2 sind nicht durchgehend vom äußeren Radius des Vorleitgitters bis zum inneren Radius des Vorleitgitters gestaltet. Dies ist nicht notwendig. Es ist auch eine völlig freie Gestaltung der Vorleitgitter 1 ähnlich der eines unstrukturierten Gitters denkbar. Auch die Querstege 3 müssen nicht durchlaufend sein. Dies würde die beschriebenen Kriterien zur Vordrallerzeugung nicht verändern.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Vorleitgitter 1 einteilig oder mehrteilig aus Kunststoff, vorzugsweise spritzgusstechnisch, gefertigt sein kann. Kreuzungspunkte der radialen Stege 2 mit den Querstegen 3 können insbesondere aufgrund einer Krümmung bzw. Neigung der Radialstege 2 schwer zu entformen sein. Zur Entformung ohne Schieber im Werkzeug kann es erforderlich sein, lokale Materialauffüllungen bzw. Hinterfüllungen vorzusehen. Es kann sich auch eine Fertigung aus mehreren Teilen bzw. Segmenten anbieten, sofern das Vorleitgitter keine tragende Funktion hat. Sollte dagegen das Vorleitgitter eine tragende Funktion übernehmen, ist eine einteilige, stabile Ausgestaltung des Vorleitgitters zu bevorzugen. Dies gilt auch dann, wenn das Vorleitgitter 1 die Funktion eines Berührschutzgitters mit übernehmen soll.

An dem Vorleitgitter 1 können verschiedenste Vorrichtungen vorgesehen sein, um diese beispielsweise an einer Einlaufdüse 9 oder einer Düsenplatte 10 zu befestigen.

Das Vorleitgitter 1 kann auch so ausgeführt werden, dass es gleichzeitig die Funktion eines Berührschutzgitters übernimmt.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von vorne ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorleitgitters 1 für einen in Fig. 4 nicht gezeigten Axialventilator.

Fig. 5 zeigt das Vorleitgitter 1 gemäß Figur 4 in einer seitlichen Rückansicht. Fig. 6 zeigt das Vorleitgitter 1 aus den Figuren 4 und 5 in einer Vorderansicht.

Fig. 7 zeigt das Vorleitgitter 1 aus den Figuren 4 - 6 im Schnitt entlang der Längsachse und Figur 8 im Schnitt in einer Ebene quer zur Längsachse. Bei dem in den Figuren 4 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Vorleitgitters 1 ist von Bedeutung, dass die Strömung auch im Nabenbereich des Ventilators an einer inneren Wand einer Nabenstruktur 5 geführt wird. Die Strömungsführung an der Nabe des Vorleitgitters 1 bzw. der Vorleiteinrichtung geht konturtechnisch etwa auf die Laufradnabe über, wie dies die Ansicht aus den Figuren 10, 1 1 und 12 zeigen. Die Nabenstruktur 5 kann einteilig mit dem Vorleitgitter 1 ausgebildet sein, oder aber ein separates Teil bilden.

Mit der hier realisierten Technik lässt sich ein wesentlich stärkerer Vordrall wirkungsvoll generieren. Entsprechend lässt sich mit solchen Vorleitgittern die Luftleistung erheblich steigern, ohne an Wirkungsgrad zu verlieren. Ganz im Gegenteil lässt sich der Wirkungsgrad zumindest geringfügig steigern.

Eine Simulation hat ergeben, dass sich die Luftleistung eines Axialventilators mit 14° Staffelwinkel auf das Niveau des Ventilators mit 24° Staffelwinkel steigern lässt, und dies bei Neutralität des Wirkungsgrads. Es ist eine Steigerung auf das Niveau desselben Ventilators mit 19° Staffelwinkel möglich, und zwar mit moderater Wirkungsgradsteigerung. Außerdem ist festgestellt worden, dass eine bessere Geschwindigkeitsverteilung auf einem saugseitig angeordneten Wärme- tauscher erreicht wird. Im Ergebnis werden durch das erfindungsgemäße Vorleitgitter Anwendungen begünstigt, nämlich aufgrund einer besseren saugseitigen Geschwindigkeitsverteilung.

Die Flügel 14 des Axial-Laufrads 13 des Axialventilators 7 sind in ihrem Staffelungswinkel einstellbar. Diese Möglichkeit ist sehr vorteilhaft für die Verwendung eines Vorleitgitters 1 mit Vordrallerzeugung. Bei einem fixen Staffelungswinkel erhöht das Vorleitgitter 1 im Ausführungsbeispiel die Luftleistung, sofern es einen Vordrall entgegen der Drehrichtung des Ventilator- Laufrads 13 erzeugt. Passt man bei Verwendung des Vorleitgitters den Staffelungswinkel derart an, dass dieselbe Luftleistung wie ohne Vorleitgitter wieder erreicht wird, kann man dadurch diese Luftleistung mit wesentlich höherem Wirkungsgrad als zuvor erreichen. Somit kann ein Axialventilator ohne Vorleitgitter ersetzt werden mit einem Axialventilator mit Vorleitgitter und modifiziertem Staffelungswinkel, wobei bei gleicher Drehzahl dieselbe Luftleistung erreicht wird, aber gleichzeitig der Wirkungsgrad erhöht wird. Es muss demzufolge auch kein größerer Motor verwendet werden.

In der Darstellung gemäß Figur 7 ist der Verlauf der Nabenkontur gut zu erkennen. Die dort vorgesehene Strömungshaube 4 kann als separates Bauteil ausgeführt sein, welches am eigentlichen Vorleitgitter 1 befestigt ist. Etwa parallel zur Nabenkontur 5 würde bei diesem Ausführungsbeispiel im zusammengebauten Zustand des Gesamtventilators die Einlaufdüse 9 verlaufen. Insoweit sei auf die Figuren 10, 1 1 und 12 verwiesen. Fig. 8 zeigt in einer Frontansicht das erfindungsgemäße Vorleitgitter im Schnitt quer zu Längsachse. Die geneigten radialen Stege 2 lassen erkennen, dass hier eine massive Strömungsumlenkung der Luftströmung in Umfangsrichtung stattfindet. Die Strömungsumlenkung erfolgt vorteilhaft gegen die Drehrichtung des in Figur 8 nicht gezeigten Laufrads des Ventilators. Was den Normalenvektor der Skelettflächen betrifft, kann man sehen, dass sowohl der radiale Anteil nr als auch der Umfangsanteil ηφ relativ groß sind (beide im Betrag größer 0.3 für die Radialstege 2 an der Schnittebene von Fig. 8, also das Produkt nr ^* ncp im Betrag größer 0.09, was ein sehr großer Wert ist und für eine starke Umlenkung steht). Bei diesem Vorleitgitter werden starke Strömungsumlenkungen in Umfangsrichtung erreicht, das Verhältnis des Betrages der Umfangsgeschwindigkeit vor Eintritt in den Ventilator zum Betrag der Gesamtgeschwindigkeit ist, im zeitlichen und räumlichen Mittel gesehen, größer als 0.3. Die Drehrichtung des so erzeugten Vordralls ist im Beispiel entgegengesetzt der Drehrichtung des Ventilatorlaufrads im Betrieb. Durch den starken Vordrall erhöht sich die Luftleistung des Ventilators erheblich, sie kann sich um über 50% erhöhen im Vergleich zum Betrieb des Ventilators ohne Vordrall.

In Fig. 8 ist erkennbar, dass die Radialstege 3 im Ausführungsbeispiel keine konstante Dicke aufweisen, sondern im Querschnitt eine Profilierung aufweisen ähnlich der eines Tragflügels. Diese Gestaltung ermöglicht eine zusätzliche Reduktion der Strömungsverluste beim Durchströmen des Gitters sowie eine Verbesserung der aeroakustischen Eigenschaften. Allerdings ist die Fertigbarkeit in Kunststoff-Spritzguss erschwert.

Fig. 10 zeigt das erfindungsgemäße Vorleitgitter 1 in Kombination mit einem Axialventilator 7 mit Axial-Laufrad 13, der auch hier lediglich angedeutet ist. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Strömung auch im Nabenbereich geführt wird. Die Strömungsführung an der Nabe geht konturtechnisch auf die Laufradnabe über. Die Strömungshaube 4 und die Nabenkontur 5 sind gut erkennbar. Die Drehrichtung des vom Vorleitgitter erzeugten Vordralls ist vorteilhaft entgegen der Drehrichtung des Axial-Laufrads 13, um die Luftleistung zu erhöhen. Die Fig. 1 1 und 12 zeigen jeweils für sich den Ventilator 7 mit Axial-Laufrad 13 mit erfindungsgemäßem Vorleitgitter 1 aus Fig. 10, wobei saugseitig jeweils ein Wärmetauscher 8 angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Vorleitgitter 1 sorgt für eine bessere Geschwindigkeitsverteilung der Luftströmung auf dem saugseitig an- geordneten Wärmetauscher 8. Insbesondere werden zeitliche und räumliche Schwankungen der Zuströmgeschwindigkeiten bei Durchströmung des Vorleit- gitters 1 reduziert, was zu einer Reduktion des tonalen Lärms am Ventilator führt. Gleichzeitig wird die Luftleistung durch die Vordrallerzeugung des Vorleitgitters 1 erhöht.

In Fig. 1 1 ist ein viereckiger Wärmetauscher 8 dargestellt, durch den der Ventilator die Luft parallel zur Achsrichtung saugt. Nach Durchströmung des viereckigen Wärmetauschers 8 entstehen eine räumliche und zeitliche Ungleichmäßigkeiten (Schwankungen) der Zuströmung. Diese Schwankungen werden durch das Vorleitgitter reduziert.

In Fig. 12 ist ein viereckiger Wärmetauscher 8 dargestellt, durch den der Ventilator die Luft quer zur Achsrichtung saugt. Hierbei entstehen besonders starke räumliche und zeitliche Ungleichmäßigkeiten (Schwankungen) der Zuströmung, welche wiederum durch das Vorleitgitter reduziert werden. Dadurch wird die tonale Lärmentstehung am Ventilator reduziert.

Es können generell alle Arten von beschriebenen Vorleitgittern mit allen Arten von Ventilatoren (Axialventilatoren, Radialventilatoren) kombiniert werden.

Erfindungswesentlich ist die Eigenschaft eines Vorleitgitters, Vordrall, also eine Umfangskomponente der Strömung, vor dem Eintritt in das Radial- oder Axial- Laufrad zu erzeugen. Diese Eigenschaft kann auf bestimmte geometrische Eigenschaften der Skelettflächen bzw. deren Normalenvektorverteilungen des Vorleit- gitters wie beschrieben zurückgeführt werden. Der genaue Aufbau der Vorleitgitter kann auf vielfältigste Art und Weisen erfolgen. Beispielsweise muss nicht zwingend ein Aufbau aus Radial- und Umfangsstegen realisiert sein, alternativ wäre ein Aufbau ähnlich eines unstrukturierten Gitters oder einer wabenartigen Struktur denkbar. Die Kriterien für die Normalenvektoren der Skelettflächen des Gitters gelten in solchen Fällen unverändert.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

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.

Bezugszeichenliste

1 Vorleitgitter (Vorleiteinrichtung)

2 radiale Stege, Radialstege

3 Querstege, Umfangsstege

4 Strömungshaube

5 Nabenstruktur

6 Radialventilator

7 Axialventilator

8 Wärmetauscher

9 Einlaufdüse

10 Düsenplatte

11 Skelettflächen von Stegen

12 Radial-Laufrad

13 Axial-Laufrad

14 Axial-Flügel