Radialgebläse gemäß dem Stand
der Technik eignen sich in vielerlei Formen und Größen zur Förderung
von fluiden Medien in Form von Luft, Gas oder Dampf. Dementsprechend
finden solche Gebläse
vielerlei Anwendungen, insbesondere im Bereich von Klima- und Heizungsanlagen,
z.B. in Fahrzeugen. Größere Ausführungsformen
solcher Radialgebläse
finden beispielsweise Anwendung im Kraftwerksbau.
Bei
einem Radialgebläse
wird ein axial angesaugter Luftstrom in der Regel nach dem Eintritt
in ein axial gelagertes Laufrad geführt und dort über im Laufrad
angeordnete Förderschaufeln
oder Schaufelreihen auf eine radiale Ausblasung um 90° umgelenkt.
Das heißt,
der vom Laufrad axial angesaugte Luftstrom wird mittels im Laufrad
angeordneter Förderschaufeln
oder Schaufelreihen zu seinem Umfangsbereich hin gefördert und
somit radial umgelenkt. Danach wird der dem Laufrad entweichende Luftstrom
tangential entlang eines das Laufrad umgebenden Gehäuses, insbesondere
entlang dessen Umfangswandung, weiter gefördert, wobei dieses Gehäuse oftmals
die Form einer Spirale aufweist. Aus der Spirale wird der Luftstrom über den
so genannten Druckstutzen in ein mögliches Luftverteilsystem gefördert. Auf
diese Weise wird ein Luftstrom von der axial angeordneten Eintrittsöffnung (auch Zarge
genannt) an der Eingangswand oder der vorderen Seitenwand des Gebläses zur
radial oder tangential im Bereich der Umfangswandung und somit umfänglich angeordneten
Ausblasöffnung
gefördert. Das
Laufrad wird von einem Motor, welcher beispielsweise ein Elektromotor
ist, angetrieben.
Die
Laufradbeaufschlagung und Laufraddurchströmung sind ungleichmäßig. Zargenseitig wird
bedingt durch unzureichende Umlenkung von der axialen in die radiale
Richtung deutlich weniger gefördert
als gebläsemotorseitig.
Die Verteilung des Spiralgehäusevolumens über die
Laufradbreite berücksichtigt
beim Stand der Technik diese Strömungsverhältnisse
nicht. Im Spiralgehäuse
kommt es zu Sekundärströmungen von
der Motorseite zur Zargenseite. In den motorseitigen, jedoch ausgeprägter in
den zargenseitigen Randbereichen des Spiralgehäuses sind der Hauptströmung Sekundärwirbel überlagert.
Diese Strömungsverhältnisse
gehen zu Lasten des Wirkungsgrades des Radialgebläses. Der
Wirkungsgrad kann als Verhältnis
von Luftleistung des Gebläses
zur Wellenleistung des Gebläses
definiert werden, wobei die Wellenleistung des Gebläses als
Produkt von Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit definiert ist.
Letztendlich
führen
Strömungsverluste
innerhalb des Radialgebläses
zu einem höheren
Energieverbrauch.
Im
Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, welche allesamt
allerdings nur versuchen, jene Symptome zu mindern, welche durch die Überlagerung
der Hauptströmung
mit Sekundärwirbeln
entstehen. Beispielsweise ist bekannt, Leitschaufeln im Strömungskanal
und/oder im Ansaug-/Druckstutzen eines Radialgebläses vorzusehen,
um Sekundärströmungen ausreichend
zu kanalisieren. Ein umfänglich
verlaufender Strömungskanal,
der sich bis zur Druckstutzenöffnung
erstreckt, wird dabei von der hinteren Seitenwand, der saugseitigen
Eingangswand und der Umfangswandung des Gehäuses gebildet. Im Gehäuse wird
der umfänglich verlaufende
Strömungskanal
im Wesentlichen von der die äußere Berandung
des Laufrads bildenden Öffnungsfläche des
Laufrads gebildet. Solche Leitschaufeln zur Begrenzung von Sekundärströmungseffekten
sind beispielsweise aus der
DE 199 63 796 A1 bekannt.
Weitere
Maßnahmen
betreffen die Förderschaufeln
des Laufrades, welche beispielsweise gemäß der
EP 1 094 224 A2 konvex geformt
sein können.
Weitere
Maßnahmen
sehen eine abgeschrägte
hintere, d.h. motorseitige Seitenwand vor, die sich insbesondere
vom Einströmungsbereich
des Fluidstroms aus dem axialen Bereich in den radialen Bereich
erstreckt und möglichst
ohne Turbulenzen umlenken soll, um so Überlagerungen zu reduzieren. Solche
Maßnahmen
bleiben bei allen bekannten Ausführungen,
beispielsweise der
DE
102 180 82 A1 , der
EP
0 955 468 A2 und der
EP 1 106 837 A1 , auf die hintere Seitenwand
selbst und auf ein daraus resultierendes, entsprechend ausgebildetes
Laufrad beschränkt
und haben deshalb auch nur eine begrenzte Wirkung hinsichtlich der
Verminderung von Überlagerungen.
Weitere
Maßnahmen,
welche eine Anpassung der Gehäuseberandung
hinsichtlich der Strömungsbeaufschlagung
des Gehäuses
oder des Laufrads vorsehen, bleiben auf Maßnahmen zur Abrundung von Gehäusekanten
oder Laufradkanten sowie auf den Saugstutzenbereich, wie beispielsweise
in der
EP 1 106 837
A1 , oder den Druckstutzenbereich, wie in der
EP 1 094 224 A2 , beschränkt.
Dabei
sind alle aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen
mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Spiralgehäuse versehen.
Insbesondere sind alle bisher bekannten Strömungskanäle in einem Gehäuse mit
einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt versehen, wie er
beispielsweise in der
EP
1 106 837 A1 gezeigt ist.
Derartige
rechtwinklige Spiralgehäuse,
d.h. Spiralgehäuse
mit einem rechtwinkligen Querschnitt für den Strömungskanal, wie in der
EP 1 106 837 A1 gezeigt,
weisen ungleichmäßige Laufradbeaufschlagungen
und Laufraddurchströmungen
auf, da die vordere und die hintere Seitenwand nicht in Strömungsrichtung
axial geneigt sind und der radiale Abstand zwischen Laufradaustritt
oder Ausblasöffnung und
der Umfangswandung des Gehäuses
in axialer Richtung über
die Laufradbreite konstant ist, obwohl die Laufraddurchströmung entlang
der Laufradbreite ungleichmäßig ist.
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für ein Radialgebläse anzugeben,
bei welchem gegenüber
dem Stand der Technik eine Reduzierung der Sekundärströmungen im
Spiralgehäuse
erreicht wird. Des Weiteren sind ein besonders geeignetes Laufrad
und ein Radialgebläse mit
einem Gehäuse
und einem Laufrad anzugeben.
Diese
Aufgabe wird bei einem Gehäuse
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem sich der Strömungskanal
von der Eingangswand in Richtung auf die hintere Seitenwand radial aufweitet.
Auch
kann es zweckmäßig sein,
wenn die Seitenwände
in Strömungsrichtung
axial geneigt sein können.
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass ein Gehäuse
für ein
Radialgebläse,
insbesondere ein Spiralgehäuse,
dort wo der größte Massenstrom
des zu fördernden
fluiden Mediums infolge der Umlenkung auftritt, das größere Raumvolumen zur
Verfügung
stellen sollte und umgekehrt. Das heißt, im Bereich des Spiralgehäuses sollte
infolge des Massenstroms mit geringerem Raumvolumen eine Verkleinerung
des Raumvolumens und mit größerem Raumvolumen
eine Vergrößerung des
Raumvolumens erfolgen, so dass der Strömungsquerschnitt konstant bleibt.
Beim rechteckigen Spiralgehäuse
kommt es ausgehend von einem einseitig saugenden Radialgebläse in Saugrichtung
gesehen im hinteren Bereich zu einem Staudruck, während im vorderen
Eingangsbereich, d.h. im Bereich der saugseitigen Eingangswand (=
vordere Seitenwand), im Vergleich dazu eher ein Unterdruck vorherrscht.
Des Weiteren werden die vorderen saugseitigen Bereiche des Gehäuses in
der Regel weniger mit dem fluiden Medium beaufschlagt als axialseitig
tiefer liegende Bereiche des Gehäuses.
Um eine Vergleichmäßigung der
Durchströmung
des Gehäuses
unter Ausnutzung der gesamten Gehäusebreite zu erzielen, ist daher
vorgesehen, das Gehäuse
derart anzupassen, dass dort, wo der größte Massenstrom zu fördern ist, entsprechend
Raumvolumen geschaffen wird. Hierzu wird der das Gehäuse spiralförmig umlaufende
Strömungskanal
derart ausgeführt,
dass sich dieser von der Eingangswand in Richtung der hinteren Seitenwand
oder umgekehrt aufweitet. Hierzu wird die den Strömungskanal
begrenzende Umfangswandung um deren Mittelpunkt in der Breite geneigt.
Die Neigung der Umfangswandung kann alternativ auch um eine vom
Mittelpunkt abweichende Drehachse erfol gen. Das Gehäuse weist
hinsichtlich der radialen Erstreckung im Drehpunkt die Form einer
linear erweiterten Spirale oder einer logarithmischen Spirale auf.
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Die
Aufweitung des Strömungskanals
erfolgt zweckmäßigerweise
derart, dass die Aufweitung an mindestens einer Stelle im Verlauf
des Strömungskanals über die
gesamte oder einen Teil der Breite des Strömungskanals ausgebildet ist.
Das heißt,
die Aufweitung über
die Breite des Strömungskanals,
welche in etwa der Breite der Umfangswandung entspricht, erfolgt
somit in einem maßgeblichen
Teil und beschränkt
sich nicht, wie im Stand der Technik, auf Randbereiche des Gehäuses, beispielsweise
durch Abrundung von Ecken oder dergleichen. Je nach Ausführungsform
kann dabei die Abrundung der Ecken mit entsprechend konstanten Eckenradien
erfolgen. Alternativ kann der Eckenradius entlang des Gehäuseumfangs
variieren. Beispielsweise nimmt der Eckenradius von der Gehäusezunge
in Richtung der Ausblasöffnung
zu.
Des
Weiteren wird vorzugsweise eine Aufweitung des Strömungskanals
dadurch erreicht, dass die hintere Seitenwand und die davon beabstandete saugseitige
Eingangswand unter Einschluss der Umfangswandung mindestens einseitig
oder beidseitig über
der gesamten Bereich oder nur über
Teilbereiche des spiralförmigen
Verlaufs des Strömungskanals
schiefwinklig zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann das
Spiralgehäuse
breiter als das Laufrad ausgebildet sein. Hierbei kann das Spiralgehäuse einseitig
oder beidseitig axial ennreitert ausgeführt sein.
Mit
anderen Worten: Wenigstens an einer Stelle des Strömungskanals
ausgehend von der saugseitigen Eingangs- oder Seitenwand in Richtung der hinteren
motorseitigen Seitenwand erfolgt eine radiale Aufweitung. Unter
einer zumindest teilweisen Aufweitung des Strömungskanals wird dabei verstanden,
dass dieser sich lediglich auf einem Teilbereich des spiralförmigen Umlaufs
aufweitet. Alternativ kann der Strömungskanal vollständig über seinen
gesamten Umlauf mit einer über
seine Breite verlaufenden radialen Aufweitung versehen sein.
Durch
eine solche „schiefwinklige" Gehäuseform,
die von der sonst üblichen
Rechteckform für Strömungskanäle im Gehäuse abweicht,
wird die Umlenkung von der axialen in die radiale Richtung bereits
im Bereich der Eintritts- oder
Zargenöffnung des
Gebläses
reduziert. Dies führt
dazu, dass ein im Gehäuse
untergebrachtes Laufrad über
die gesamte axiale Breite hinweg gleichmäßiger mit dem fluiden Medium
beaufschlagt wird, da der Strömungskanal für die sich
anschließende
umfängliche
Strömung durch
die geneigte vordere Seitenwand und/oder die hintere Seitenwand
abgeschrägt
ein genügend
aufgeweitetes Volumen zur Verfügung
stellt, insbesondere an jener Stelle im Bereich der hinteren Seitenwand,
an welcher der größte Massenstrom
zu fördern ist.
Vorteilhafterweise
sind die Eingangswand und die Umfangswandung saugseitig zueinander
unter Bildung eines stumpfen Winkels angeordnet. Zweckmäßigerweise
sind die hintere Seitenwand und die Umfangswandung zueinander unter
Bildung eines spitzen Winkels angeordnet, so dass eine Aufweitung
des Strömungskanals
gegeben ist.
Je
nach Anwendung können
verschiedene geometrische Formen für den Querschnitt des Strömungskanals
zweckmäßig sein.
Als besonders vorteilhaft erweist sich als Querschnittsform für den Strömungskanal
eine Trapezform, insbesondere eine unregelmäßige Trapezform, oder eine
Dreiecksform oder eine Parallelogrammform. Ein unregelmäßiges Trapez
oder ein Dreieck wird dabei derart nachgebildet, dass die breitere
Seite der geometrischen Form im Wesentlichen durch die hintere Seitenwand
gebildet wird, wobei die vordere kurze Seite oder eine Dreiecksspitze
ein Teil der Eingangswand des Gehäuses bildet. Hinsichtlich eines
Parallelogramms findet eine Aufweitung des Strömungskanals im Bereich der
hinteren Seitenwand statt.
Vorteilhafterweise
ist die Umfangswandung von der Eingangswand in Richtung auf die
hintere Seitenwand stufenförmig
ausgebildet. Mit anderen Worten: Der Strömungskanal ist wandungsseitig
oder umfangsseitig abgestuft, so dass in axiale Richtung gesehen
z.B. eine hintere Stufe eine größere radiale Ausdehnung
aufweist als eine vordere Stufe. Zusätzlich kann dabei vorzugsweise
jede Stufe für
sich gemäß einer
der oben genannten geometrischen Formen ausgebildet sein, d.h. sich
in Richtung der hinteren Seitenwand radial aufweiten. Bevorzugt
weist die Umfangswandung in der Breite eine Neigung von größer 0° bis maximal
45° auf.
Die Umfangswandung ist vorzugsweise geradlinig ausgeführt. Alternativ kann
die Umfangswandung bogenförmig,
insbesondere nach innen oder außen
bogenförmig,
verlaufen oder auch eine andere zweckmäßige Form haben.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Strömungskanal
in Strömungsrichtung gesehen
einfach oder mehrfach unterteilt. Durch eine Unterteilung, beispielsweise
mittels Trennwänden oder
mehrerer Leitschaufeln, werden Sekundärströmungen verhindert. Zusätzlich ist
eine getrennte Spiralgehäuseauslegung
für jeden
einzelnen Kanalquerschnitt möglich,
so dass Strömungsverluste
reduziert werden
Zum
Einströmen
des fluiden Mediums ist saugseitig in der Eingangswand vorzugsweise
eine axiale Eintrittsöffnung
vorgesehen. Im Randbereich kann die axiale Eintrittsöffnung wulstförmig ausgebildet
sein. Ausgangsseitig ist vorteilhafterweise die Ausblasöffnung im
Bereich der Umfangswandung radial oder tangential angeordnet. Bei
einer radialen Anordnung verläuft
die Ausblasöffnung
senkrecht zur Hauptströmungsrichtung
im Spiralgehäuse.
Bei
einer tangentialen Anordnung ist die Ausblasöffnung in der Umfangswandung
angeordnet, die vorzugsweise rund ist, aber auch eine andere zweckmäßige Form
haben kann.
Betreffend
das Laufrad wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Anzahl von um eine
Rotationsachse rotationsangetriebenen, insbesondere zwischen einer
Eingangswand und einer hinteren Seitenwand angeordneten Schaufeln,
deren Schaufelenden in einen entlang einer radial verlaufenden und
die Eingangswand und die hintere Seitenwand verbindenden Umfangswandung
angeordneten Strömungskanal
münden,
wobei das jeweilige Schaufelende axial aufweitend, insbesondere
von der Eingangswand in Richtung der hinteren Seitenwand, verläuft. Alternativ
oder zusätzlich
kann das jeweilige Schaufelende radial im Innen- und/oder Außendurchmesser
zunehmen.
In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Laufrad mit mindestens einer um die Rotationsachse verlaufenden
Schaufelreihe versehen. Bei zwei um die Rotationsachse verlaufende
Schaufelreihen sind diese ggf. unterschiedlich beschaufelt. Für eine gleichmäßige Durchströmung des
Strömungskanals sind
die Schaufelenden von benachbarten Schaufelreihen von der Eingangswand
in Richtung der hinteren Seitenwand zueinander abgestuft, insbesondere axial
aufweitend ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Schaufelreihen relativ
zueinander um eine halbe Schaufelteilung (= Abstand zwischen zwei Schaufeln
einer Schaufelreihe) versetzt angeordnet sein. Mit anderen Worten:
Die jeweiligen Schaufeln benachbarter Schaufelreihen sind in Draufsicht
versetzt zueinander angeordnet.
Die
Schaufelreihen werden über
eine Nabe mit dem Gebläsemotor
verbunden. Die Nabe kann Öffnungen
zur Gebläsemotorkühlung haben
und zweckmäßig geformt
sein.
Bei
einem Radialgebläse
sind ein Laufrad und ein Gehäuse
vorteilhaft aufeinander, entsprechend der oben beschriebenen Form
angepasst. Beispielsweise liegen dabei das Laufrad und die vordere und/oder
hintere Seitenwand eintritts- oder austritts- oder beidseitig in
einer Ebene. Hierdurch werden durch Schließen des Gehäuses Sekundärströmungen gemindert.
Um
darüber
hinaus bei der Gestaltung des Spiralgehäuses möglichst flexibel zu sein und
niedrige Drehzahlen zu erzielen, weist das Laufrad vorzugsweise
eine profilierte Beschaufelung auf, welche den Schaufelkanal in
einen konvergenten Kanalteil und einen divergenten Kanalteil unterteilt.
Dabei wird in einem ersten kurzen – dem konvergenten – Kanalteil
die Strömung
beschleunigt und ungelenkt, im zweiten geraden oder leicht gekrümmten – dem divergenten – Kanalteil
wird die Strömung
verzögert.
Durch
die schiefwinklige Spiralgehäusebauform
ist bei entsprechender Parameterkombination ein akustischer Vorteil
durch Reduzierung von Resonanzen möglich.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung
eines Gehäuses,
insbesondere eines schiefwinkligen Spiralgehäuses,
2 einen senkrecht zur axialen
Ausdehnung verlaufenden Schnitt durch ein Laufrad und ein Gehäuse mit
einem Strömungskanal,
3 einen radialen Schnitt
eines Gehäuses
parallel seines Durchmessers mit einem im Querschnitt trapezförmigen Strömungskanal,
4 eine weitere Darstellung
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
eines Gehäuses mit
einem im Querschnitt abgestuften Strömungskanal,
5, 6 weitere
Darstellungen einer bevorzugten Ausführungsform eines Gehäuses mit
verschiedenen Querschnittsformen für den Strömungskanal,
7, 8 schematisch verschiedene Ausführungsformen
für ein
Gehäuse,
insbesondere ein zweiflutiges Gehäuse für ein Radialgebläse,
9 schematisch eine alternative
Ausführungsform
eines Gehäuses
mit der Anordnung des Laufrades und der hinteren Seitenwand in einer
Ebene, und
10 schematisch ein Laufrad
mit einer Schaufelreihe und einer profilierten Beschaufelung.
Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
1 zeigt in perspektivischer
Ansicht ein Gehäuses 1 für ein Radialgebläse 2.
Das Gehäuse 1 umfasst
eine hintere Seitenwand 3 und eine dazu beabstandete, saugseitige
Eingangswand 5. Axial ist in der Eingangswand 5 saugseitig
eine Eintrittsöffnung 7 (auch
Zarge genannt) angeordnet. Zwischen der hinteren Seitenwand 3 und
der vorderen Eingangswand 5 verläuft, diese verbindend, eine
Umfangswandung 11 entlang des Gehäuseumfangs 9 unter Bildung
eines Strömungskanals 13.
Das
Gehäuse 1 – auch Spiralgehäuse genannt – ist in
der vorliegenden Ausführungsform
radial entlang seines Gehäuseumfangs 9 von
der spiralförmigen
Umfangswandung 11 begrenzt. Das heißt, zur Bildung einer spiralförmigen Umfangswandung 11 nimmt
der Strömungskanal 13 entlang
der Strömungsrichtung
R in seinen Abmessungen in Richtung einer senkrecht zur Umfangswandung 11 angeordneten
Ausblasöffnung 15 zu.
Dies ist in der 1 durch
vier den jeweiligen Querschnitt des Strömungskanals 13 an
betreffenden Positionen P0 bis P3 bildende Vielecke angedeutet.
Das heißt,
die Abmessungen, insbesondere der Querschnitt des Strömungskanals 13,
nehmen von der Position P0 in Richtung der Ausblasöffnung 15 zu.
Die Spiralform des Gehäuses 1 (auch
Spiralgehäuse
genannt) ist dabei zweckmäßigerweise
an die Strömung
des fluiden Mediums und der daraus resultierenden Druckbelastung
entsprechend angepasst.
Die
hintere Seitenwand 3, die Eingangswand 5 und die
Umfangswandung 11 bilden den Strömungskanal 13. Wie
anhand der Positionen P0 bis P3 ersichtlich, nimmt der Querschnitt,
insbesondere Öffnungs-
oder Strömungsquerschnitt,
des Strömungskanals 13 mit
seinem umfänglichen
Verlauf entlang der Umfangswandung 11 spiralförmig zu.
Die hintere Seitenwand 3 weist eine Öffnung für den Antrieb mittels eines
E-Motors und dessen Kühlung
auf. Die saugseitige Eingangswand 5 ist mit der Eintrittsöffnung 7 versehen,
die axialsymmetrisch oder asymmetrisch um eine Rotationsachse 17 des
Gehäuses 1 angeordnet
ist. Die Eintrittsöffnung 7 kann
weitere Zargenformen und geometrische Ausführungen aufweisen. Die hintere
Seitenwand 3 und die Eingangswand 5 sind durch
die Umfangswandung 11 des Gehäuses 1 voneinander
beabstandet angeordnet.
Der
Verlauf der Strömung
des fluiden Mediums ist in der 1 durch
Strömungspfeile
S1 und S2 angedeutet. Das fluide Medium, meistens Luft, Gas oder
Dampf, wird axial gemäß dem Strömungspfeil
S1 entlang der Rotationsachse 17 durch die Eintrittsöffnung 7 des
Gehäuses 1 angesaugt.
Das fluide Medium wird dann radial nach außen in den Strömungskanal 13 entlang
der radialen Ausdehnung, insbesondere der Umfangswandung 11 des
Gehäuses 1,
und somit entlang des umfänglichen
Verlaufs des Strömungskanals 13 geführt und
schließlich durch
die Ausblasöffnung 15 in
diesem Fall entlang der Hauptströmungsrichtung
R aus dem Gehäuse 1 und
somit aus dem Radialgebläse 2 geströmt. Je nach
Art und Aufbau des Radialgebläses 2 kann
die Ausblasöffnung 15 anstelle
einer senkrechten Anordnung auch radial an geeigneter Stelle tangential
im Bereich der Umfangswandung 11 angeordnet sein.
Entlang
des Verlaufs der Umfangswandung 11 oder zumindest von Teilen
davon und somit des Strömungskanals 13 bildet
die Umfangswandung 11 mit der saugseitigen Eingangswand 5 einen
stumpfen Winkel α.
Mit der hinteren Seitenwand 3 bildet die Umfangswandung 11 in
diesem Bereich einen spitzen Winkel β. Auf diese Weise ergibt sich
zumindest teilweise entlang des Verlaufs der Umfangswandung 11 eine
Aufweitung des Strömungskanals 13 von
der Eingangswand 5 in Richtung der hinteren Seitenwand 3,
da sowohl die Eingangswand 5 als auch die hintere Seitenwand 3 mit
der Umfangswandung 11 keinen rechten Winkel bilden. Die
Umfangswandung 11 ist also schiefwinklig zur Eingangswand 5 und
zur hinteren Seitenwand 3 angeordnet. Der Öffnungs- oder
Strömungsquerschnitt
des Strömungskanals 13 bildet
je nach Größe des stumpfen
Winkels α und
des spitzen Winkels β eine
Vieleckform, insbesondere eine Trapezform. Alternativ kann der Strömungsquerschnitt
des Strömungskanals 13 eine
Dreiecksform oder eine Parallelogrammform aufweisen. Je nach Ausgestaltung
des Gehäuses 1 kann
der Strömungskanal 13 vollständig entlang
der Umfangswandung 11 aufgeweitet sein. Alternativ kann
der Strömungskanal 13 lediglich
in Teilbereichen aufgeweitet ausgebildet sein. Auch kann die Aufweitung
in umgekehrter Richtung erfolgen. Die Aufweitung des Strömungskanals 13 erfolgt
dabei durch Neigung der Umfangswandung 11 um deren Breiten-Mittelpunkt.
Al ternativ kann die Neigung der Umfangswandung 11 um einen vom
Breiten-Mittelpunkt
beabstandeten Drehpunkt gebildet sein.
Aufgrund
der axialen Einströmung
des fluiden Mediums durch die Eintrittsöffnung 7 ergibt sich ein
im Bereich der hinteren Seitenwand 3 höherer Druck und größerer Bedarf
an Raumvolumen für
das fluide Medium. Für
eine gleichmäßige Durchströmung des
Gehäuses 1 ist
daher wie oben beschrieben der Strömungskanal 13 im umfänglichen
Bereich entlang der Umfangswandung 11 von der Eingangswand 5 in
Richtung der hinteren Seitenwand 3 oder umgekehrt aufgeweitet.
Hierdurch wird im Bereich der hinteren Seitenwand 3, wo
der größte Strömungsfluss
auftritt, ein großes
Raumvolumen zur Verfügung
gestellt. Auf diese Weise werden Sekundärströmungen und die Anzahl der akustischen
Eigenschwingungen im Bereich des Strömungskanals 13 verringert.
In 2 ist ein Radialgebläse 2 im
Schnitt mit einem spiralförmigen
Gehäuse 1 und
einem Laufrad 19 mit Radius rD gezeigt.
Der
Strömungskanal 13 ist
dabei nur teilweise entlang der Umfangswandung 11 aufgeweitet
ausgebildet. Beispielsweise beträgt
im Bereich B1 von 0° bis
10° der
Ausblasöffnung 15 die
Aufweitung des Strömungskanals 13 0°. Das heißt, die
Umfangswandung 11 bildet mit der Eingangswand 5 und
der hinteren Seitenwand 3 jeweils einen Winkel von 90°, so dass
die Eingangswand 5 und die hintere Seitenwand 3 planparallel
zueinander angeordnet sind. Alternativ kann der Bereich B1 aufgeweitet
sein. Im Bereich B2 nimmt die Aufweitung des Strömungskanals 13 entlang
der Umfangswandung 11 durch variierende Schrägstellung
dieser in Strömungsrichtung
R entlang des Pfeils P2 von 10° bis
40° oder
bis 50° ( Umfangswandungsposition
) zu. Man spricht hierbei auch von einer schräg gestellten Umfangswandung 11 und
einem schiefwinkligen Strömungskanal 13. Die
in 1 dargestellten,
zugehörigen
spitzen Winkel β und
stumpfen Winkel α nehmen
bei einer 20°- Aufweiung einen Bereich
von 90° bis
70° bzw. 90° bis 110° ein. Alternativ
ist eine Aufwertung im Bereich von >0° bis
maximal 45° (=
schräg
gestellte Umfangswandung) möglich,
wobei die radiale Erstreckung über
den Flächenverlauf
ermittelt wird. Mit anderen Worten: Die Aufweiung des Strömungskanals 13 ist
entlang der Umfangswandung 11 nicht konstant. Alternativ
kann die Aufweiung des Strömungskanals 13 entlang
der Umfangswandung 11 gleichbleibend ausgebildet sein.
Zusätzlich oder
alternativ kann eine der Wände
des Gehäuses 1 – die Eingangswand 5 und/oder
die hintere Seitenwand 3 – schräg zur Senkrechten und somit
geneigt gestellt werden. Vorzugsweise lässt sich die Seitenwand 3 oder
die Eingangswand 5 entlang einer Ausdehnung, die maximal
der Länge
der Umfangswandung 11 entspricht, schräg stellen. Vorzugsweise lässt sich
auch hier eine Schrägstellung
einer der Seitenwände – Eingangswand 5 oder
hintere Seitenwand 3 – zur
Senkrechten von bis zu 30° erreichen.
Auf diese Weise lässt
sich beim vorliegenden Beispiel, bei dem die Umfangswandung 11 bereits
eine Schrägstellung von
20° im Bereich
B2 zur Senkrechten erreichen kann, also insgesamt ein stumpfer Winkel α zwischen Umfangswandung 11 und
Eingangswand 5 von 90° + 20° + 30° = 140° erreichen.
Im Bereich zwischen der Umfangswandung 11 und der hinteren
Seitenwand 3 kann also ein spitzer Winkel β von 90° – 20° – 30° = 40° je nach
Bedarf eingestellt werden.
3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines
Radialgebläses 2 mit
einem Gehäuse 1 und
einem Laufrad 19. Das Laufrad 19 und das Gehäuse 1 sind
um eine Rotationsachse 17 angeordnet. Das fluide Medium
wird saugseitig entlang eines Strömungspfeils S1 durch die Zargenöffnung oder
Eintrittsöffnung 7 mittels
des Laufrads 19 axial angesaugt und in radialer-axialer
Richtung entlang eines Strömungspfeils
S2 in den umfänglich
entlang der Umfangswandung 11 angeordneten Strömungskanal 13 gefördert.
Der
Querschnitt des Strömungskanals 13 ist dabei
trapez- bis dreiecksförmig
ausgebildet. Das heißt,
der Strömungskanal 13 ist
von der Eingangswand 5 in Richtung der hinteren Seitenwand 3 aufgeweitet.
Zusätzlich
zu der geneigten Stellung der Umfangswandung 11 ist auch
die hintere Seitenwand 3 in diesem Ausführungsbeispiel schräg gestellt
gegenüber
einer üblicherweise
rechteckigen Ausrichtung von Umfangswandung und Seitenwand. Die Aufweitung
der Umfangswandung 11 zur Waagerechten kann dabei bis zu
45° betragen,
d.h. die Umfangswandung 11 nimmt beispielsweise gegenüber der
Eingangswand 5 bei einer Aufweitung von 20° einen stumpfen
Winkel α von
110° ein.
Die Schrägstellung
der Eingangswand 5 ist in diesem Beispiel 0°. Die Schrägstellung
der hinteren Seitenwand 3 kann variieren zwischen einem
Bereich von etwa 0° bis 30°. Der Radius
rAS für
die Schrägstellung
der hinteren Seitenwand 3 ist variabel von 0° bis zum
Radius rD (mit rD =
Außenradius
des Laufrads 19). Mit anderen Worten: Der spitze Winkel β zwischen
Umfangswandung 11 und hinterer Seitenwand 3 beträgt 40° bis 70°. In diesem
Fall beträgt
die Aufweitung der Umfangswandung 11 20°.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform
eines Radialgebläses 2 mit
Laufrad 19 und Gehäuse 1. Dabei
sind das Gehäuse 1 und
dessen darin verlaufender Strömungskanal 13 nur
teilweise schiefwinklig ausgebildet. Im Bereich der Gebläsezunge
(auch kurz Zungenbereich Z genannt) ist das Gehäuse 1 rechtwinklig
ausgeführt,
d. h. die Umfangswandung 11 ist im rechten Winkel zur Eingangswand 5 und
zur hinteren Seitenwand 3 angeordnet. Alternativ kann der
Zungenbereich Z, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, stufenförmig ausgebildet
sein.
Im
Vergleich zum rechtwinkligen Zungenbereich Z ist im Bereich oberhalb
der Rotationsachse 17, das Gehäuse 1, insbesondere
dessen Umfangswandung 11 und somit dessen Strömungskanal 13, stufenförmig und
trapezför mig
ausgebildet. Dieser Bereich der Umfangswandung 11 oberhalb
der Rotationsachse 17 wird auch Druckstutzenbereich D genannt.
Saugseitig in Strömungsrichtung
R gemäß dem Strömungspfeil
S1 gesehen ist die Umfangswandung 11 mit einer ersten trapezförmigen Stufe
T1 im Bereich der Eingangswand 5 ausgebildet. In Richtung
der hinteren Seitenwand 3 schließt sich unmittelbar an die
erste Stufe T1 eine zweite trapezförmige Stufe T2. Darüber hinaus
können
weitere Stufen Tn möglich
sein. Die Breite der Stufen kann über dem Umfang 9 variieren.
Die
erste Stufe T1 und die zweite Stufe T2 der Umfangswandung 11 schließen in Kombination mit
der Eingangswand 5 einen spitzen Winkel α von ca.
50° und
in Kombination zur hinteren Seitenwand 3 einen spitzen
Winkel von ca. 75°,
entsprechend γ = 15° ein.
Je
nach Art und Ausbildung des Gehäuses 1 sind
die Kanten der Eingangswand 5 und/oder der hinteren Seitenwand 3 zusätzlich abgerundet.
Das Laufrad 19 ist rotationsangetrieben um die Rotationsachse 17 angeordnet
und weist einen Radius rD auf, so dass Schaufelenden
Er des Laufrades 19 in den Strömungskanal 13 münden.
5a bis 5d zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen
weiterer Radialgebläse 2 mit
verschiedenen schiefwinkligen Gehäusen 1a bis 1c und
schiefwinkligen Strömungskanälen 13a bis 13f.
Das Gehäuse 1a mit
dem Strömungskanal 13a weist
dabei einen eher parallelogrammartigen Öffnungsquerschnitt auf. Strömungsausgangsseitig
ist eine Wulstzarge ausgebildet. Das Gehäuse 1b mit dem Strömungskanal 13b sieht
einen trapez- bis dreiecksförmigen Öffnungs-
oder Strömungsquerschnitt
vor. Das Gehäuse 1c mit
dem Strömungskanal 13c ist
ein rechtwinkliges Gehäuse
mit einer schrägen
Seitenwand 3 mit strömungseingangsseitiger
Wulstzarge.
Im
jeweiligen Gehäuse 1a bis 1c wird
ein um die Rotationsachse 17 angetriebenes Laufrad 19 angeordnet,
das je nach Ausführungsform
einen trapezförmigen
Querschnitt aufweist. In den 3 und 4 ist ein Laufrad 19 mit
rechteckförmigem
Querschnitt in Kombination mit einem Gehäuse 1 gezeigt, das
einen schiefwinkligen Querschnitt hat. Gemäß dem in 5a gezeigten Schema lässt sich die Strömungsrichtung
R, die saugseitig axial durch eine Eintrittsöffnung 7 eintritt,
in einen jeweils durch einen zugehörigen Querschnitt definierten
Strömungskanal 13a bis 13c für eine gleichmäßigere Durchströmung (=
Abbau von Geschwindigkeitsspitzen) radial umleiten. Ein dabei in
Richtung der hinteren Seitenwand 3 durch geneigte Stellung
der Umfangswandung 11 aufgeweiteter Strömungskanal 13 bewirkt
im Bereich der hinteren Seitenwand 3 ein aufgeweitetes
Raumvolumen und daraus resultierend eine besonders starke Durchströmung, so
dass Sekundärströmungen verringert
sind.
In
den 5b bis 5d sind weitere geometrische
Querschnittsformen für
eine Aufweitung eines Strömungskanals 13d bis 13f gezeigt.
Die schraffierten Bereiche stellen dabei den jeweiligen Strömungskanal 13d bis 13f im
Bereich der Umfangswandung 11 zwischen der Eingangswand 5 und
der hinteren Seitenwand 3 dar.
Für Spiralgehäuseformen,
bei denen die vordere Eingangswand 5 geneigt ist, wird
zur Vermeidung von Ablösungen
an der Zarge diese wulstförmig gestaltet.
Zusätzlich
kann die vordere Seitenwand oder Eingangswand 5 axial in
Richtung zur hinteren Seitenwand 3 geneigt sein, um die
Laufradbeaufschlagung zu verbessern und um Sekundärströmungen zu
verhindern. Das Laufrad 19 kann saugseitig mit einer bogenförmigen Deckscheibe
ausgestattet sein. Auch zusätzliche
Dichtkanten 22 sind möglich, z.
B. positioniert am Laufrad 19, wie in 5a dargestellt, oder entsprechend am
Spiralgehäuse 1.
Bei einer weiteren Ausführungsform
kann das Spiralgehäuse 1 breiter
als das Laufrad 19 ausgebildet sein. Hierzu ist das Spiralgehäuse 1 einseitig
oder beidseitig axial erweitert.
Für eine weitere
Minderung der Sekundärströmungen können zusätzlich die
Ecken oder Kanten der Umfangswandung 11 abgerundet sein.
Je nach Art und Ausführung
können
die Ecken entlang des Gehäuseumfangs 9 einen
konstanten Radius oder einen variierenden Radius aufweisen. Bei
einem variierenden Radius nimmt der Eckenradius entlang des Gehäuseumfangs 9 von
der Zunge in Richtung der Ausblasöffnung 15 zu.
6 zeigt schematisch eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
eines Radialgebläses 2 mit einem
Gehäuse 1 und
einem Laufrad 19. Das Laufrad 19 sitzt auf einer
entlang einer Rotationsachse 17 angeordneten Welle, die
von einem E-Motor M angetrieben wird. Eine das Gehäuse 1 spiralförmig umlaufende
Umfangswandung 11 und der zugehörige Strömungskanal 13 sind
abgestuft ausgeführt,
wobei sich ausgehend von der Eingangswand 5 in Richtung
der hinteren Seitenwand 3 eine Aufweitung ergibt, indem die
Stufen T1 und T2 radial zunehmend ausgebildet sind. Zusätzlich kann
die jeweilige Stufe T1 und T2 ebenfalls von der Eingangswand 5 in
Richtung der hinteren Seitenwand 3 aufgeweitet werden,
d. h. die Stufen T1 und T2 wären
geneigt (nicht näher
dargestellt), wobei die Aufweitung für jede Stufe unterschiedlich
sein kann. Die Umfangswandung 11 kann verschiedenartig
ausgebildet sein, z. B. bogenförmig (nach
innen oder außen
bogenförmig),
linienförmig oder
schalenförmig.
Die
hintere Seitenwand 3 des Gehäuses 1 ist zusätzlich gegen
die Senkrechte schräg
gestellt, so dass die hintere Seitenwand 3 mit der Umfangswandung 11 einen
spitzen Winkel β einschließt. Der
Strömungskanal 13 und
die Ausblasöffnung 15 sind
im Ausführungsbeispiel
unterteilt. Hierzu ist beispielsweise zwischen den beiden Stufen
T1 und T2 der Umfangswandung 11 und des gestuften Strömungskanals 13 im
Bereich der Ausblasöffnung 15 eine Trennwand 21 vorgesehen.
Alternativ kann anstelle einer Trennwand 21 eine Leitschaufel
zur Aufteilung des Strömungskanals 13 in
mehrere Teilkanäle
in unterschiedlichen Bereichen des Strömungskanals vorgesehen sein.
In
einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform der 6 könnte
in Anpassung an das hier gezeigte Gehäuse 1 mit stufenförmiger Umfangswandung 11 auch
das Laufrad 19 stufenförmig ausgebildet
sein. Dazu weist das Laufrad 19 in nicht näher dargestellter
Art und Weise zwei axial in Strömungsrichtung
R nebeneinander auf der Rotationsachse 17 angeordnete Schaufelreihen
auf, die mit von der Eingangswand 5 in Richtung der hinteren Seitenwand 3 zunehmendem
Radius rD und somit entsprechend der Stufen
T1 und T2 ausgeführt
sind.
7 und 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für ein Gehäuse 1 eines
Radialgebläses 2 im radialen
Schnitt des Spiralgehäuses 1.
Das Gehäuse 1 in
diesen Ausführungsbeispielen
ist jeweils zweiflutig ausgebildet. D. h. es wird über zwei
Eintrittsöffnungen 7 axial
in der vorderen Eingangswand 5 und der hinteren Seitenwand 3 angesaugt.
Das in 7 dargestellte
Gehäuse 1 umfasst
dabei ein gerades Laufrad 19 mit einem dieses umgebenden
schrägen oder
spitzdachartigen Spiralgehäuse.
Das Gehäuse 1 weist
dort ein großes
Gehäusevolumen
auf, wo ein hoher Massenstrom gefördert wird. Hierdurch werden
Sekundärströmungseffekte
gemindert. Beim in der 8 dargestellten
Gehäuse 1 werden
zusätzlich
Spaltverluste gemindert. Dabei ist anstelle eines geraden ein schräges zweiflutiges
Laufrad 19 vom Gehäuse 1 umgeben.
Des Weiteren ist eine asymmetrische Flutenteilung bezüglich des
Gebläses 2 möglich. Zusätzlich kann
ein Gebläsemotor
zu dessen Kühlung
in einer der Eintrittsöffnungen 7 positioniert
sein.
9 zeigt eine alternative
Ausführungsform
für ein
schiefwinkliges Gehäuse 1 mit
einem Laufrad 19 mit axial aufgeweitetem Schaufelende Ea, wobei das Schaufelende Ea des
Laufrades 19 und die hintere Seitenwand 3 in ei ner
Ebene EB (= Austrittsebene) angeordnet sind. Je nach Art und Ausführung des
Gehäuses 1 können die
vordere Eingangswand 5 und/oder die hintere Seitenwand 3 und
das entsprechende Schaufelende Ea des Laufrades
in einer Ebene EB angeordnet sein. Im Bereich der hinteren Seitenwand 3 ist
ein Halter 24 für
einen Motor, den Gebläsemotor,
vorgesehen. Im Bereich des Laufrads 19 der hinteren Seitenwand 3 ist
eine Öffnung 26 zur Kühlung des
Gebläsemotors
vorgesehen.
10 zeigt eine alternative
Ausführungsform
für ein
Laufrad 19 mit einer Schaufelreihe SR und einer profilierten
Beschaufelung. Dabei sind die jeweiligen Schaufeln SS der Schaufelreihe
SR profiliert ausgebildet, beispielsweise vorwärts oder rückwärts gekrümmt ausgebildet. Hierdurch
wird ein Schaufelkanal SK gebildet, der in einen ersten konvergenten
Kanalteil SK1 und in einen zweiten divergenten Kanalteil SK2 unterteilt
ist. Dabei kommt es im ersten Kanalteil SK1 zu einer Beschleunigung
und Umlenkung der Strömung
und im zweiten, annähernd
geraden oder leicht gekrümmten
Kanalteil SK2 zu einer Verzögerung
der Strömung.
Eine derartige profilierte Beschaufelung der Schaufelreihe SR ermöglicht die
Verwendung des Gebläses 2 für den vorwärts gekrümmten Fall
auch bei niedrigem Drehzahlniveau. Außerdem kann bei einem derart
ausgebildeten Laufrad 19 der Bauraum des Spiralgehäuses flexibler
gestaltet werden
Alternativ
können
in nicht näher
dargestellter Art und Weise benachbarte Schaufelreihe SR relativ zueinander
um eine halbe Schaufelteilung versetzt angeordnet sein. D.h. die
Schaufeln SS einer Schaufelreihe SR sind versetzt – in dem
Abstand zwischen zwei Schaufeln SS der benachbarten Schaufelreihe SR – angeordnet.