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1 Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein elektrisches Axialgebläse.
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2 Beschreibung des Standes der Technik
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Ein elektrisches Gerät (z.B. ein Personalcomputer und ein Servercomputer) enthält normalerweise ein Kühlgebläse, das verwendet wird, um von den elektrischen Bestandteilen des elektrischen Geräts generierte Wärme abzuführen. Infolge der heutigen Bauteiledichte in einem elektrischen Gerät sammelt sich eine beträchtliche Wärmemenge innerhalb des Gehäuses an. Um die angesammelte Wärmemenge abzuführen, ist ein Kühlgebläse mit einer hohen Wärmemengenabfuhr notwendig.
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Die Gebläse oder Lüfter können im allgemeinen in zwei Gruppen klassifiziert werden, absaugende Gebläse, die Heißluft im Gehäuse des elektrischen Geräts ausstoßen, und Kühlgebläse, die den elektrischen Geräten eine Luftströmung liefern, um die erzeugte Wärmemenge zu dissipieren. Für die Kühlgebläse kann die Strömungsrichtung der vom Kühlgebläse generierten Luftströmung die Leistungsfähigkeit der Wärmeabfuhr beeinflussen. In einem konventionellen Gebläse wird die erzeugte Luftströmung radial nach außen hin verteilt und wird störend vom Gehäuse beeinflusst. Dies führt im allgemeinen dazu, das Geräusche entstehen und die Wärmeabfuhr verschlechtert wird.
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Aus der
US 4,358,245 und der
US 5,931,640 sind Flügelräder bekannt, bei denen die Flügel eine in Drehrichtung verwundenen Geometrieaufweisen, so dass die Außenkante der Flügel in Drehrichtung vor der Befestigungskante an der Nabe angeordnet ist. Dabei sind die Außenkanten der Flügel miteinander durch ein Band verbunden.
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Aus der
US 7,110,255 B2 ist ein Axialgebläse mit einem Flügelrad bekannt, umfassend: eine Nabe mit radialer Außenfläche, auf einer Mittelachse zentriert; und eine Mehrzahl an Luftschaufeln, die sich radial nach außen von der radialen Außenfläche der Nabe erstrecken, um einen Luftstrom entlang die Mittelmittellinie zu erzeugen, wenn sich die Nabe in einer Rotationsrichtung dreht, wobei jede der Luftschaufeln beinhaltet eine Eintrittskante, die eine vordere Seitenkante in Rotationsrichtung ist, eine Folgekante, die eine rückwärts gerichtete Seitenkante in Rotationsrichtung ist, und eine radiale Außenkante, die die Eintrittskante und die Folgekante verbindet, wobei die erste Ecke, wo sich die radiale Außenkante und die Folgekante treffen, vorwärtig in Rotationsrichtung von einer zweiten Ecke angeordnet ist, wo sich die radiale äußere Fläche der Nabe und die Eintrittskante in jeder der Mehrzahl von Luftschaufeln treffen, wobei zwischen der radialen Außenkante und einem Gehäuse des Axialgebläses in Radialrichtung ein Spalt vorgesehen ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung schlägt ein verbessertes Axialgebläse mit einem Flügelrad gemäß Anspruch 1 vor. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Entsprechend bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist ein Axialgebläse mit einer Luftströmung ungefähr entlang der Mittelachse vorgesehen, welches weniger Geräusche verursacht und ein Flügelrad zur Ausstattung des Gebläses bzw. Lüfters beinhaltet.
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Das für das Axialgebläse verwendete Flügelrad enthält eine Nabe mit einer äußeren, umlaufenden Fläche um die Mittelachse und eine Vielzahl von Luftschaufeln, die sich radial nach außen hin von der umlaufende Fläche der Nabe erstrecken, um eine Luftströmung entlang der Mittelachse zu erzeugen, wenn die Nabe sich in einer Rotationsrichtung dreht. Jede dieser vielen Luftschaufeln beinhaltet eine Eintrittskante, die eine vordere Seitenkante in Rotationsrichtung ist, eine Folgekante, die eine rückwärts gerichtete Seitenkante in Rotationsrichtung ist, und ein radiale Außenkante, die Eintritts- und Folgekante verbindet. In jeder dieser vielen Luftschaufeln ist eine erste Ecke, wo die radiale Außenkante und die Folgekante sich treffen, vorwärtig in Rotationsrichtung zu einer zweite Ecke, in der sich die äußere, umlaufende Oberfläche der Nabe und die Eintrittskante treffen. Zwischen der radialen Außenkante und einem Gehäuse des Axialgebläses in Radialrichtung ein Spalt vorgesehen ist
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Des Weiteren enthält das Axialgebläse das Flügelrad, einen Motor, der das Flügelrad um die Mittelachse antreibt und ein Gehäuse, welches eine Einlass- und Auslassöffnung mit Hilfe eines Hohlraums verbindet, durch eine innere Fläche oder Oberfläche definiert. Die radiale Innenseite des Gehäuses umgibt das Flügelrad und die Auslassöffnung enthält einen Kegelbereich, der die Größe des Hohlraums allmählich vergrößert.
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Weitere Eigenschaften, Elemente, Prozesse, Schritte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Axialgebläses einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 A ist eine Zeichnung, die einen vertikalen Schnitt des Axialgebläses zeigt.
- 2 B ist eine Zeichnung, die einen vertikalen Schnitt des Axialgebläses zeigt.
- 3 ist eine Draufsicht, die das Flügelrad des Axialgebläses, von der Auslassöffnung entlang der Mittelachse gesehen, darstellt.
- 4 ist eine Draufsicht, die das von der Saugseite entlang der Mittelachse betrachtete Axialgebläse zeigt.
- 5 ist eine Ansicht, die einen Teilquerschnitt des Axialgebläses entlang der Mittelachse mit der Luftströmung darstellt
- 6 ist eine Draufsicht, die das Axialgebläse darstellt.
- 7 zeigt einen Querschnitt der Schaufel entlang eines virtuellen Kreises, der einen Radius R um die Mittelachse hat.
- 8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Kammerverhältnis f und dem Radius R beschreibt.
- 9 zeigt einen Querschnitt der Schaufel entlang eines virtuellen Kreises, der einen Radius R um die Mittelachse hat.
- 10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Radius R und dem Auslasswinkel ßb2 beschreibt.
- 11 A zeigt einen Querschnitt von einem konventionellen Gebläse und dem von diesem erzeugten Luftstrom.
- 11 B zeigt einen Querschnitt von einem konventionellen Gebläse und dem von diesem erzeugten Luftstrom.
- 12 ist eine Zeichnung, die einen Teilquerschnitt vom Gebläse entlang einer Oberfläche von der Mittelachse bis zum kegelförmigen Bereich und die dazugehörige Luftströmung zeigt
- 13 ist eine Draufsicht, die das Axialgebläse zeigt, wenn es von der Auslassöffnung entlang der Mittelachse betrachtet wird.
- 14 zeigt die Querschnitte der Rippe und der Schaufel entlang eines virtuellen Bogens, der einen Radius R um die Mittelachse J1 hat.
- 15 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem statischen Druck und dem Volumenstrom (PQ Kurve) zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Axialgebläse entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform wiedergibt. Das Gebläse bzw. der Lüfter bzw. Ventilator A schließt ein Gehäuse 10, eine Mehrzahl Rippen 12, einen (nicht in 1 dargestellten) Motor ein und ein Flügelrad, das eine Mehrzahl von Schaufeln 1 und eine Nabe 2 hat.
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Die Nabe 2 hat eine zylindrische Form, die um die Mittelachse J1 ausgerichtet ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln, die sich radial von der Oberfläche der Nabe 2 nach außen erstreckend Umfänglich bezüglich der Mittelachse J1 angeordnet sind. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung setzt sich das Schaufelrad aus 7 Schaufeln 1 zusammen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Zahl der Luftschaufeln 1 nicht auf 7 begrenzt, sondern mehrfach abgeändert werden kann. Der Motor ist in der Nabe 2 angeordnet und wird auf einer Basis fixiert. Im Einzelnen enthält der Motor eine Rotoreinheit, die mit der Nabe 2 verbunden ist und eine Statoreinheit, die starr auf der Basis 13 befestigt ist.
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Eine Mehrzahl von Rippen 12, sich radial von der Oberfläche der Basis 14 nach außen erstreckend sind umfänglich bezüglich der Mittelachse J1 angeordnet. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung beinhaltet das Gebläse A 3 der Rippen 12, aber die Anzahl der Rippen 12 kann mehrfach abgeändert werden. Die Rippen 12 reichen von der Basis 13 bis hin zur radialen inneren Oberfläche des Gehäuses 10. Bei diesem Aufbau ist die Basis 13 fest im Verhältnis zum Gehäuse angeordnet.
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Wie in 1 dargestellt, entspricht eine Kontur des Gehäuses 19, wenn man entlang der Mittelachse schaut, im Wesentlichen einem Viereck. An jeder der vier Gehäuseecken ist ein Montageloch, das axial in Richtung Mittelachse in das Gehäuse 10 eindringt. Aufgrund der quadratischen Gehäuseform kann das Anschließen des Gebläses an die Elektronik erleichtert werden. Das Gebläse bzw. der Lüfter oder Ventilator A kann mit Schrauben durch die Montagelöcher fest mit dem elektrischen Gerät verbunden werden.
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Die radiale innere Oberfläche des Gehäuses 10 umgibt das Flügelrad und definiert so einen Durchgang für den Luftstrom, der durch die Rotation des Flügelrades erzeugt wird. Das Gehäuse 10 hat einen Einlass für die Luft zum Gebläse A und einen Auslass für die Abluft von Gebläse A (d. h. der Luftstrom aufwärts ist am Einlass und der Luftstrom abwärts ist am Auslass). Ein Ende der Saugseite der radialen inneren Oberfläche des Gehäuses 10 ist mit einer gebogenen Oberfläche definiert. Wenn die Luft von radialen außen angesaugt wird, so wird der Luftfluss durch den Einlass am seitlichen Ende des Gehäuses behindert. Durch die gebogene Oberfläche an der axialen Ansaugöffnung des Gehäuses ist es möglich, den Energieverlust des Einlass-Luftstroms von radial außen bezüglich des Gehäuses zu reduzieren.
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Wie in 1 und 2B dargestellt enthält Gebläse A einen kegelförmigen Bereich an dem sich die radiale innere Oberfläche des Gehäuses 10 radial nach außen in die vier Ecken des viereckigen Gehäuses 11 verlängert, so dass der Durchgang des Luftstroms (d.h. ein Loch ist durch die radiale Innenoberfläche definiert) sich entlang der Mittelachse graduell zur Auslassöffnung erweitert. In der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung ist der kegelförmige Bereich im Querschnitt durch eine flache Oberfläche definiert, der kegelförmige Bereich 11 kann aber durch eine gebogene Oberfläche und dergleichen definiert werden. Mit der Konfiguration wird der Luftstrom, der nahe der radialen inneren Oberfläche entlang fließt, vom Gebläse A im Kegelbereich ausgestoßen. Er verringert den Luftstromwiderstand, um damit einen möglichst effizienten Luftstrom zu erzeugen.
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Wenn das Axialgebläse als Kühlgebläse einer elektrischen Einheit oder eines elektrischen Gerätes genutzt wird, so wird ein zu kühlendes Objekt und/ oder ein Wärmetauscher an der Ansaugöffnung oder der Auslassöffnung des Gebläses mit eingebaut. Dadurch entwickelt sich statischer Druck Ps zwischen der Einlass- und der Auslassöffnung des Gebläses. Der statische Druck Ps wird bestimmt durch den Schnittpunkt der P-Q Kurve, die eine Beziehung zwischen dem statischen Druck und dem Luftstrom bzw. der Flussrate darstellt, mit einer Strömungs- bzw. Flusswiderstandskurve, die den Strömungswiderstand in der elektrischen Einheit, in die das Objekt und/ oder der Wärmetauscher eingebaut ist, darstellt. Es wird generell ein bestimmter statischer Druck bei Kühlgebläsen in elektrischen Geräten angewandt (d.h. das Kühlgebläse bzw. der Ventilator läuft unter der Bedingung, dass der der statische Druck Ps größer 0 ist (Ps > 0)).
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Durch die Experimente, die die Erfinder, unter Bedingungen, in denen der statische Druck Ps größer 0 war, durchführten, wurde der Luftstrom, der durch das Kühlgebläse erzeugt wird, radial nach außen aufgeweitet, vergleichend mit dem Luftstrom, der unter der Bedingung erzeugt wurde, in der der statische Druck gleich 0 war. Wenn sich der Luftstrom radial nach außen aufweitet, kann die Strömungs- bzw. Fliesgeschwindigkeit des Luftstroms, der das zu kühlende Objekt versorgen soll, reduziert sein. Das ergibt eine Verminderung der Kühlkapazität des Axialgebläses. Außerdem kann es dazu führen, dass Geräusche erzeugt werden, wenn die strömende Luft an der Auslassöffnung nicht durchgängig rund bzw. abgerundet ist. Um das oben beschriebene Problem zu lösen, beinhaltet das Gebläse A, entsprechend der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, ein Flügelrad, das den unten beschriebenen Aufbau hat.
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Mit Bezug auf 3, wird der Aufbau des Flügelrads detailliert beschrieben. 3 ist eine Draufsicht auf das Flügelrad des Axialgebläses, wenn es von der Auslassöffnung entlang der Mittelachse J1 betrachtet wird. Zum besseren Verständnis der folgenden Erklärung wird nur eine Luftschaufel von vielen in 3 dargestellt. Das Flügelrad rotiert in 3 entgegen den Uhrzeigersinn (im Folgenden wird bei der Richtung auf eine rotatorische Richtung RD verwiesen). Die Luftschaufel 1 beinhaltet eine Eintrittskante 6, die eine vordere Kante der Luftschaufel in rotatorischer Richtung RD ist, eine Folgekante, die die rückseitige Kante der Luftschaufel 1 in rotatorischer Richtung RD ist, und eine radialen Außenkante 8.
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Ein Punkt, an dem die Eintrittskante 6, die radiale äußere Oberfläche 9 der Nabe 2 trifft, wird als Ecke A bezeichnet. Die Eintrittskante 6 ist vorwärtig in rotatorische Richtung RD relativ zu einer Linie S, die durch die Ecke A und die Mittelachse J 1 läuft gebogen. Die Folgekante 7 hat einen ähnlichen Aufbau wie die der Eintrittskante 6. Ein Punkt, wo die Folgekante 8 die radiale äußere Oberfläche 9 der Nabe 2 trifft, wird als Ecke B bezeichnet. Die Folgekante 8 ist in rotatorische Richtung RD vorwärtig gebogen bezüglich einer Linie, die durch die Ecke B und die Mittelachse J1 läuft. Die radiale äußere Kante 8 ist ein Bogen, der auf der Mittelachse J1 zentriert ist. Endabschnitte in der Umlaufrichtung der radialen äußeren Kante 8 sind jeweils mit den radialen äußeren Enden der Eintritts- bzw. Führungskante 6 und der Folgekante 7 verbunden.
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Ein Punkt, an dem die radiale äußere Kante 8 die Folgekante 7 trifft wird als Ecke B bezeichnet und eine Linie entlang Ecke B und der Mittelachse J1 wird als Linie T bezeichnet. Die Linie T ist vorwärts in rotatorische Richtung RD der S-Linie befindlich. Der Winkel an der Mittelachse zwischen der Linie S und der Linie T wird als Δθ bezeichnet, wobei die rotatorische Richtung RD eine positive Richtung bezeichnet.
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Mit Bezug auf 4 und 5 wird nun der Betrieb des Axialgebläses, der den oben genannten Aufbau hat, beschrieben. 4 ist eine Draufsicht, die das Axialgebläse zeigt, wenn es von der Ansaugöffnung entlang der Mittelachse betrachtet wird. Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Zustand des Luftstromes beschrieben. Wie in 4 gezeigt, kreuzt eine Linie R1 die radiale äußere Kante 8 und die Eintrittskante 6, um dann die Mittelachse J1 zu erreichen. Eine Linie R2 kreuzt die Eintrittskante 6 und die Folgekante 7 um dann die Mittelachse J1 zu erreichen. Die Linie R3 kreuzt die Folgekante 7 und erreicht die Mittelachse 31. Die Linie R1 ist vorwärts von den Ecken A und B in rotatorische Richtung RD angeordnet. Die Linie R2 erstreckt sich umfangmäßig zwischen den Ecken A und B in der Rotationsrichtung. Die Linie R3 ist rückwärts von den Ecken A und B in rotatorische Richtung angeordnet bzw. befindlich. Jede Linie, die das Blatt bzw. die Luftschaufel 1 kreuzt und Mittelachse J1 erreicht wird in 3 Gruppen klassifiziert, Linie R1, Linie R2 und Linie R3.
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Ein Erhöhen des statischen Drucks auf den Linien R1, R2 und R3, während das Flügelrad rotiert, wird im Folgenden detailliert beschrieben. Ein Bereich. D1h ist vorwärtig der Eintrittskante in rotatorische Richtung und auf der Linie R1 befindlich. Der statische Druck des Bereichs D1h wird durch die Luftschaufel 1 nicht erhöht. Auf der anderen Seite wird der statische Druck in einem Bereich D1t oberhalb der Luftschaufel 1 und auf der Linie R1 durch die Luftschaufel erhöht. Wenn die Luftschaufel 1 rotiert, wird die kinetische Energie an die Luft abgegeben. Der statische Druck im Bereich D1t, wo die Luftschaufel 1 passiert, ist höher als der im Bereich D1h, den die Luftschaufel noch nicht passierte.
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Ein Bereich D2h ist vorwärtig der Eintrittskante in rotatorische Richtung und auf der Linie R2 befindlich. Der statische Druck des Bereichs D2h wird durch die Luftschaufel 1 nicht erhöht. Ein Teil des Bereichs D2t ist über der Luftschaufel 1 angeordnet und ein anderer Teil davon hinter der Ecke B und der Folgekante 7 in rotatorische Richtung RD. Der statische Druck im Bereich D2t wird durch die Luftschaufel 1 vollständig erhöht. Der statische Druck im Bereich D2t, wo die Luftschaufel 1 passiert ist höher als der im Bereich D2h, den die Luftschaufel noch nicht passierte.
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Ein Bereich D3h ist über der Luftschaufel 1 und hinter der Ecke A in rotatorische Richtung RD angeordnet bzw. befindlich. Da jedoch der Bereich D3h vorwärts zur Folgekante 7 in rotatorische Richtung RD befindlich ist, wird der statische Druck im Bereich D3h noch nicht vollständig durch die Luftschaufel 1 erhöht. Im Gegenteil, wenn der Bereich D3t hinter der Folgekante 7 und der Ecke B in rotatorische Richtung RD angeordnet wird, ist der statische Druck des Bereichs D36 vollständig durch die Luftschaufel 1 erhöht. Wie oben beschrieben, ist der statische Druck im Bereich D3t, den die Luftschaufel passierte höher als im Bereich D3h, den die Luftschaufel passiert.
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Wie oben beschrieben ist, wegen der Form der Luftschaufeld, entsprechend der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, auf jeder Linie in radiale Richtung von der Mittelachse aus erweitert, der statische Druck an den radial äußeren Kante 8 höher, als der an der Rotornabe 2. Wegen dieser statischen Druckunterschiede wird eine radiale Streuung der Luftströmung nach außen eingeschränkt. Daher strömt wie in 5 gezeigt, Luft entlang der Strömungslinien Sh und St (d.h. in eine Richtung entlang der Mittelachse J1).
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Wie oben beschrieben, ist der statische Druck an der Außenkante höher als an der Nabe 2. Mit dem höheren statischen Druck der Außenkante kann der Luftstrom nach oben fließen (d.h. Luft kann von dem Einlass zum Auslass strömen) zwischen dem Gehäuse 10 und der Außenkante 8 des Flügelrades. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung hat die Außenkante 8 die Form eines Bogens und ist auf die Mittelachse zentriert. Der Abstand bzw. Spalt in der Radialrichtung zwischen dem Gehäuse 10 und der Außenkante 8 wird in einer ständig schmalen Weise beibehalten. Mit dieser Konfiguration wird der aufwärts Luftstrom zwischen der Außenkante 8 und dem Gehäuse 10 eingeschränkt. Sobald der Abstand in der Radialrichtung zwischen Außenkante 8 und Gehäuse 10 schmaler wird, wird der statische Druck an der Außenkante 8 größer.
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5 zeigt einen Teilquerschnitt des Gebläses A entlang der Mittelachse J1 und den Luftstrom im Gebläse A. Das Gehäuse 10 des Gebläses A, wie in 5 dargestellt, schließt nicht den kegelförmigen Bereich 11 ein. Entsprechend der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung ist die Luft entlang der Mittelachse J1 beaufschlagt, und daher kann auf den Kegelbereich 11, der den Fließwiderstand der Luftströmung reduziert, beim vorliegenden Gehäuse 10 verzichtet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Stromlinien Sh und St in 5 als parallel zur Mittelachse dargestellt wurden, um übersichtlicher zu scheinen. Tatsächlich aber ist der Luftstrom ein Wirbel.
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6 und 7 sind Draufsichten auf das Gebläse A entsprechend der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung. In 6 sieht man eine Linie U1, die von der Mittelachse J1 radial nach außen führt und die Ecke X1 des Gehäuses 10 passiert, sowie eine Linie W1, die von der Mittelachse J1 radial nach außen führt und dabei die Mitte Y1 der Außenseite des Gehäuses 10 passiert. 2A zeigt einen Querschnitt des Gebläses A entlang der Linie Ul, und 2B ist ein Querschnitt des Gebläses entlang W1.
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Wie in 1, 2A und 2B dargestellt, schließt die stromabwärts gerichtete Seite des Gehäuses 10 vier kegelförmige Bereiche 11 ein, die sich zu den Ecken des Gehäuses hin erstrecken, und nahezu flache Bereiche an der Mitte der Gebläseaußenseite 10. Wenn sich die Luft, wie oben beschrieben, beaufschlagt in einem herkömmlichen Gebläse radial ausbreitet, wird der Luftstrom durch die flachen Bereiche 11 behindert und stört den glatten Luftfluss. Außerdem können durch diese Störung in der Luftströmung Geräusche entstehen. In der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung wird die Streuung des Luftstroms in radiale Richtung eingeschränkt, da die Behinderung des Luftstroms in den flachen Bereichen 11 und dadurch die Erzeugung von Geräuschen unterdrückt wird.
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In einem konventionellen Gebläse wird der generierte Luftstrom radial nach außen gestreut und auf der abwärts strömenden Seite des Gehäuses 10 behindert (entsprechend zu Teil y1, in 2 dargestellt), was Geräusche verursachen kann. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird die Geräuschentwicklung durch die oben beschriebene Flügelradkonfiguration unterdrückt.
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7 ist ein Querschnitt der Luftschaufel 1 entlang eines virtuellen Kreises mit dem Radius R, die bezüglich der Mittelachse zentriert ist. 7 zeigt eine Profillinie der Luftschaufel 1, die die Eintrittskante 6 und die Folgekante 7 verbindet, eine Länge L des Profils 3, eine Druckoberfläche PS, eine Saugoberfläche SS, eine Mittelachsenlinie 4 der Luftschaufel 1 und eine Wölbung c, die der Wölbung der Luftschaufel entspricht. Der Wölbungsgrad ist die maximale Distanz zwischen der Mittelachsenlinie 4 und der Sehne bzw. Profillinie 6 in senkrechter Richtung zur Sehne bzw. Profillinie 3. Ein Wölbungsverhältnis wird durch die Formel c/L repräsentiert (der Wölbungsgrad c geteilt durch die Länge L von der Profillinie 3).
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Das Diagramm in 8 beschreibt die Beziehung zwischen dem Wölbungsverhältnis f und dem Radius R der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung. In 8 wird der Radius R durch die Formel (R-Rh)/(Rt-Rh) normalisiert, wodurch R den Radius des virtuellen Kreises repräsentiert, Rh den Radius der Nabe 2 und Rt den äußeren Luftschaufelradius des Flügelrads. Ist z. B. der Radius R = 0,0, dann ist der Radius R gleich zum Radius der Nabe Rh. Ist der Radius R = 1,0, dann ist der Radius R gleich zum äußeren Luftschaufelradius Rt.
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Zur besseren Übersicht der folgenden Beschreibung ist das Wölbungsverhältnis f an der Luftschaufelspitze mit Wölbungsverhältnis ft gekennzeichnet und das Wölbungsverhältnis an der Verbindung mit der Nabe 2 mit Wölbungsverhältnis fh. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Wölbungsverhältnis an der Verbindung zur Nabe 2 minimal und an der Luftschaufelspitze maximal. Das Wölbungsverhältnis f steigt gleichbleibend vom minimalen Wölbungsverhältnis fh zum maximalen Wölbungsverhältnis ft an (8). Durch Maximierung des Wölbungsverhältnisses an der Luftschaufelspitze hat das Laufrad die größte Rotationsgeschwindigkeit und es ist möglich, den statischen Druck an der Luftschaufelspitze zu erhöhen.
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Die oben beschriebene Konfiguration des Wölbungsverhältnisses kann mit der Eigenschaft kombiniert werden, in der der Winkel zwischen Ecke A der Luftschaufel 1 auf der abwärts strömenden Seite zur Ecke B der Luftschaufel 1 angeordnet ist, wie in 3 dargestellt (d.h..: Der Winkel Δθ ist > 0) um so einen Luftstrom entlang der Mittelachse J1 zu generieren. Daraus kann sich eine Steigerung der Kühlkapazität des Gebläses ergeben.
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Als nächstes wird ein Anschlusswinkel der Luftschaufel, mit Bezug auf 9 und 10 detailliert beschrieben. 9 ist ein Querschnitt der Luftschaufel 1 entlang eines virtuellen Kreises mit dem Radius R und auf der Mittelachse J1 zentriert. Eine Linie 14 ist eine Parallellinie zur Rotationsrichtung RD, und eine Linie 15 ist die Tangentenlinie der Mittelachsenlinie 4 an der Folgekante 7. Der Anschlusswinkel βb2 ist der Winkel zwischen den Linien 14 und 15.
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10 ist ein Diagram, das das Verhältnis zwischen dem Radius R und dem Anschlusswinkel βb2 der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt. In 10 wird der Radius R durch die Formel (R-Rh)/(Rt-Rh) normalisiert, wodurch R den Radius des virtuellen Kreises repräsentiert, Rh den Radius der Nabe 2 und Rt den äußeren Luftschaufelradius des Flügelrads. Ist z. B. der Radius R = 0,0, dann ist der Radius R gleich zum Radius der Nabe Rh. Ist der Radius R = 1,0, dann ist der Radius R gleich zum äußeren Luftschaufelradius Rt. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der Anschlusswinkel zwischen der Verbindung und der Luftschaufelspitze minimiert um dann den Anschlusswinkel gleichmäßig bis hin zur Luftschaufelspitze zu erhöhen.
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Die oben beschriebene Konfiguration des Anschlusswinkels kann mit kann mit der Eigenschaft die in 3 beschrieben ist, in der der Winkel Δθ größer 0 ist, kombiniert werden, um den statischen Druck an den Luftschaufelspitzen zu erhöhen. Die 11A und 11B sind Querschnitte eines herkömmlichen Gebläses und den dadurch erzeugten Luftstrom. Wie in 11A und 11B gezeigt, wird der generierte Luftstrom eines herkömmlichen Gebläses radial nach außen gestreut. Mit den kegelförmigen Bereichen 11 kann die Luft entlang dieser Bereiche ohne Behinderung am abseits strömenden Ende des Gehäuses 10 fließen. In den Bereichen ohne Kegelformen 11, wie in 11 A dargestellt, wird der Luftstrom am abseits strömenden Ende des Gehäuses 10 behindert und kann Geräusche verursachen. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird die Luft entlang der Mittelachse J1 geblasen und Behinderungen zwischen dem Luftstrom und dem Gehäuse 10 sind eingeschränkt, wodurch die Geräuschentwicklung unterdrückt wird.
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12 ist ein Teilquerschnitt des Gebläses A entlang der Oberfläche der Mittelachse J1 und des kegelförmigen Bereichs 11 und der Luftstrom des Gebläses A entsprechend der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung. Der Teil, wo die radiale innere Oberfläche 18 des Gehäuses 10 den kegelförmigen Bereich 11 trifft wird als Ecke E bezeichnet. Wie in 12 dargestellt, ist die Ecke B der Luftschaufel 1 (3) an der aufwärts strömenden Seite (z. B. die Einlassseite) der Ecke E befestigt (z. B. wird die Ecke B radial durch die radiale innere Oberfläche 18 so umgeben, dass die Ecken B und E sich nicht überlappen). Der Abstand entlang der Mittelachse J1 zwischen den Ecken B und E ist als „Lap“ in 12 dargestellt. Der dargestellte Aufbau in 12, in dem die Ecke B an der aufwärts strömenden Seite entlang der Mittelachse J1 von Ecke E befestigt ist, wird als Zustand „Lap > 0“ definiert.
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Wenn sich ein Objekt in der Luft bewegt, bewirkt die Karman'sche Turbulenzenstraße , dass der Luftstrom, der um das Objekt herum fließt, sich nicht an die Form des Objektes haften kann. Die Zahl der zu entwickelnden Karman'schen Turbulenzenstraßen ist proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes. Wenn das Flügelrad des Gebläses A rotiert, entwickelt sich die Karman'sche Turbulenzenstraße in der Spur jeder Luftschaufel 1 (z. B. wird die Karman'sche Turbulenzenstraße an der abwärts strömenden Seite der Luftschaufel 1 in rotatorische Richtung RD generiert). In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, in der die Stromlinie des Querschnitts der Luftschaufel 1 wie in 7 dargestellt ist, entwickelt sich keine Karman'sche Turbulenzenstraße in Strömungsrichtung. Es sollte jedoch beachtet werden, dass sich an der radialen Außenseite der Auslasskante 8 der Luftschaufel 1 eine leichte Turbulenz bzw. ein leichter Wirbel entwickelt.
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In der bevorzugen Ausführungsform dieser Erfindung, entsprechend des Aufbaus, in dem die Ecke B an der aufwärts strömenden Seite des Luftstroms angeordnet ist, sind Turbulenzen und Behinderungen durch den kegelförmigen Bereich 11 eingeschränkt. Dadurch fließt die Luft im Gebläse A ruhig und die Geräuschentwicklung wird unterdrückt.
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Mit Bezug auf 13 und 14 wird als nächstes die Form einer Rippe 12 beschrieben. 13 ist eine Draufsicht, die das Gebläse A darstellt, mit Blick entlang der Mittelachse J1 von der Auslassseite. 14 ist ein Querschnitt der Rippe 12 und der Luftschaufel 1 entlang eines Bogens Z, der den Radius R hat und auf der Mittelachse J1 zentriert ist. Wie in 14 dargestellt, hat der Querschnitt der Rippe 12 annähernd die Form einer Träne, mit einem kugelförmigen Kopf 19 und einem abgestumpften Ende 20. Der runde Kopf 19 ist zur aufwärts strömenden Seite des Gebläses A gerichtet, relativ zum abgestumpften Ende 20, so dass der runde Kopf 19 der Folgekante 7 der Luftschaufel 1 gegenübersteht.
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Mit dem oben beschriebenem Aufbau fließt der durch die Luftschaufel 1 generierte Luftstrom ζ entlang des Querschnitts der Rippe 12, so wie der Luftstrom ζ in 14 darstellt ist, und unterdrückt damit die Entstehung von Turbulenzen. Es sollte beachtet werden, dass die Form und der Aufbau des Querschnitts der Rippe 12 nicht auf die Tränenform begrenzt ist. Die Form kann stromlinienförmig sein und ähnliche Formen, die eine Erzeugung von Turbulenzen unterdrückt. Außerdem kann die Rippe 12 tränenförmig sein mit einem abgestumpften Ende, das stromaufwärts im Gebläse A befestigt ist, so dass das abgestumpfte Ende der Folgekante 7 entgegen steht.
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Während oben die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, soll verstanden werden, dass Veränderungen und Änderungen dem Fachmann offensichtlich sind, ohne den Schutzbereich und den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Schutzbereich dieser Erfindung ist allein durch die folgenden Ansprüche festgelegt.
