-
Die Erfindung betrifft ein Radialgebläse mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Gebläserad, um das ein sich in Strömungsrichtung im Wesentlichen spiralförmig vergrößernder Druckraum ausgebildet ist, wobei in dem Gehäuse eine Zunge angeordnet ist, die sich mit ihrem freien Ende im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt, und an dem Gehäuse ein Diffusor ausgebildet ist, der mehrere Strömungsabschnitte aufweist, wobei sich mindestens ein erster der Strömungsabschnitte innerhalb des Gehäuses erstreckt und wobei sich die Querschnitte der Strömungsabschnitte zum Luftauslass hin zumindest abschnittsweise vergrößern.
-
Die Gebläseanordnungen der vorliegenden Erfindung werden häufig in der Heiztechnik als vormischende Gebläse eingesetzt, wobei üblicherweise Gas und Luft zu einem zündfähigen Gemisch vorgemischt werden. Die Anordnung derartiger Radialgebläse in der Heiztechnik erfordert, dass bei äußerst geringem Bauraum ein Gebläse bereitgestellt wird, das mit hohem Wirkungsgrad bei geringer Geräuschbildung betrieben werden kann. Bei derartigen Radialgebläsen erzeugt ein Gebläserad eine drallbehaftete Strömung von einem Drehzentrum nach außen. Um die in der Strömung überführte Energie möglichst effizient zu nutzen, wird die vor allem als Drall vorliegende Impulsenergie in Druckenergie umgewandelt. Dazu wird der Drall aus der Strömung mittels einer Leiteinrichtung umgelenkt und der Massenfluss gesammelt. Durch eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts kann zumindest ein Teil der Impulsenergie in statischen Druck zurückgewandelt werden. Als Leiteinrichtung kann dafür beispielsweise ein Diffusor vorgesehen sein, der gerade bei kleineren Gebläsen kostengünstig und über einen weiten Bereich einsetzbar ist. Die Erweiterung des Strömungsquerschnitts wird dadurch erzielt, dass ein Spiralgehäuse verwendet wird, dessen Außenbereich sich um den zentralen Gebläseradbereich bezüglich des Querschnitts stetig erweitert, so dass die Strömung und das Gebläserad aufgenommen und am Ende tangential abgeführt werden kann. In dem Bereich des Spiralgehäuses, in dem das weite Ende auf den Anfang der Spirale trifft, sorgt eine Zunge für das „Abschälen” der Strömung. Eine derartige Zunge ist beispielsweise in der
europäischen Anmeldung mit der Anmeldenummer 04 400 016.4 offenbart. Unter anderem aus akustischen Gründen wird die Zunge nicht einfach parallel zur Drehachse ausgebildet, sondern steigt, ausgehend von der Spirale, in spitzen Winkeln an. Ferner beeinflusst auch die Struktur der Zunge wesentlich die Geräuschbildung des Gebläses.
-
Bei Radialgebläsen gemäß dem Stand der Technik ist nachteilig, dass der Diffusor zumeist nach Abschluss der Spiralform des Gehäuses aufgesetzt wird, um für maximalen Druckrückgewinn zu sorgen. Damit geht jedoch ein vergrößerter Bauraum des Radialgebläses einher.
-
Bei einer solchen Ausbildung eines Spiralgehäuses mit sich anschließendem Diffusor bildete bisher die Zunge den Übergang zum Diffusor. In diesem Fall ist jedoch der Anfangsquerschnitt des Diffusors nicht klar bestimmbar. Durch diese Unbestimmtheit wird der Diffusor häufig zu klein oder zu groß ausgelegt, so dass nicht der maximal mögliche Druck zurückgewonnen wird bzw. die Strömung im Diffusor abreißt. Wird die Zunge nicht als extra Bauteil, wie oben beschrieben, gebildet, sondern als einfache Stufe geformt, besteht insbesondere in dem der Zunge in Strömungsrichtung nachfolgenden Bereich die Gefahr einer Strömungsablösung.
-
Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass die im Bereich des Luftaustritts angeordneten Diffusoren in keine Richtung einen größeren Öffnungswinkel als 10° aufweisen sollten, um ein Ablösen der Strömung sicher zu verhindern. Somit ist auch der maximale Druckrückgewinn in einem Diffusor bei gegebenen Spiralendquerschnitt bestimmt. Sind bei dem Diffusor die Abmessungen durch bauliche oder fertigungstechnische Gründe in einzelne Richtungen beschränkt, ist ein optimales Auslegen des Diffusors nicht möglich.
-
Bei der vorliegenden Erfindung und einem Radialgebläse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird ein Diffusor derart ausgebildet, dass keine Strömungsablösung auftritt, selbst wenn einzelne Öffnungswinkel größer als 10° sind. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Diffusor nicht dem spiralförmigen Gehäuse nachgeschaltet, sondern bereits im Inneren des Spiralgehäuses zumindest teilweise ausgebildet ist, wodurch sowohl eine im Wesentlichen verlustfreie Strömung als auch geringes Bauvolumen erzielt werden. Der Diffusor weist hierfür mehrere Strömungsabschnitte, vorzugsweise deren drei, auf, wobei sich der erste Strömungsabschnitt noch innerhalb des Gehäuses, der zweite Strömungsabschnitt sich in dem dem freien Ende der Zunge in Strömungsrichtung nachfolgenden Bereich und der dritte Strömungsabschnitt im vorgelagerten Bereich des Luft- bzw. Gemischaustritts erstreckt.
-
Das Gebläsegehäuse ist neben der spiralförmigen Erweiterung im Wesentlichen rund ausgebildet, so dass sich, ausgehend von der Achse des Gebläserads, verschiedene Winkel des Außenumfangsgehäuses bestimmen lassen. Als Winkel α ist der Winkel bestimmt, über den sich die Zunge in Umfangsrichtung des Gebläsegehäuses erstreckt. Als β ist der Winkel bestimmt, über den sich die Zunge und ein erster Strömungsabschnitt des Diffusors in Umfangsrichtung des Gehäuses erstrecken. Als Winkel δ ist die Erstreckung des ersten Strömungsabschnitts über den Außenumfang des Gehäuses bestimmt, wobei gilt: δ = β – α. In einer günstigen Ausführung erstreckt sich der mindestens eine erste Strömungsabschnitt des Diffusors über einen Winkel δ von höchstens 50° des Außenumfangs des Gehäuses innerhalb des Gehäuses. Das spiralförmige Gehäuse umschließt das Gebläserad ohne den ersten Strömungsabschnitt des Diffusors und ohne die Zunge um maximal 310°, d. h. der Winkel δ muss größer als 50° sein. Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Erstreckung der Zunge in Umfangsrichtung um das Gebläserad zwischen αα = 15 und 40° ist. Bei Nichteinhaltung der geometrischen Abmaße dieser Bereiche besteht die Gefahr der Strömungsablösung, eines geringen Wirkungsgrades und erhöhter Geräuschbildung.
-
Zur Erreichung des hohen Wirkungsgrades bei geringer Bauhöhe wird vorgesehen, dass sich der erste Strömungsabschnitt des Diffusors vom Inneren des Gehäuses bis an eine Ebene erstreckt, die durch die Normale von dem freien Ende der Zunge senkrecht zu der Gehäuseaußenwand gebildet ist. Der zweite Strömungsabschnitt des Diffusors schließt sich an den ersten Strömungsabschnitt in Strömungsrichtung an und erstreckt sich vorzugsweise über eine Länge zwischen einem und zwei Dritteln der vom Ende des ersten Strömungsabschnitts bis zum Luftauslass hin gemessenen Gesamtlänge. In diesem Bereich ist es möglich, die den Strömungsquerschnitt von dem ersten Strömungsabschnitt zu dem zweiten Strömungsabschnitt derart zu vergrößern, dass weder eine Strömungsablösung oder eine übermäßige Geräuschbildung zu verzeichnen ist.
-
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Diffusor, ausgehend von dem freien Ende der Zunge bis zum Luftauslass hin, durch Abstimmung der Gesamtgeometrie gezielt einen Öffnungswinkel von über 10° aufweisen, ohne dass die von der Fachliteratur zitierte Strömungsablösung auftritt. Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass ein erster Ersatzwinkel einer am Ende des ersten Strömungsabschnitts gebildeten Querschnittsfläche zu einer am Ende des zweiten Strömungsabschnitts gebildeten Querschnittsfläche kleiner als 10° ist. Ein zweiter Ersatzwinkel einer am Ende des zweiten Strömungsabschnitts gebildeten Querschnittsfläche zu einer am Luftauslass gebildeten Querschnittsfläche ist vorzugsweise kleiner als 7°. Der Ersatzwinkel wird für das erfindungsgemäße Gebläse durch die folgende Formel gebildet, wobei A1 die Querschnittsfläche am Ende des ersten Strömungsabschnitts, A2 die Querschnittsfläche am Ende des zweiten Strömungsabschnitts, D der hydraulische Durchmesser am Ende des ersten Strömungsabschnitts und d die Länge des zweiten Strömungsabschnitts definieren:
-
Solange die Abstimmung der Geometrie basierend auf den oben genannten Ersatzwinkeln in den entsprechenden Strömungsabschnitten eingehalten werden, ist es möglich, einen Gesamt-Öffnungswinkel größer als 10° innerhalb des Diffusors zu gewährleisten, ohne dass es zur Strömungsablösung kommt, der Druckrückgewinn jedoch ausreichend groß ist. In einer bevorzugten Ausführung kann der Diffusor im Bereich des dritten Strömungsabschnitts, der dem zweiten Strömungsabschnitt in Strömungsrichtung nachfolgt, als Krümmer ausgebildet sein, um den benötigten Bauraum zu minimieren. Normalerweise ist der Material- und Bauraumbedarf für einen zusätzlichen Krümmer sehr hoch, da neben dem Gebläsegehäuse und dem Diffusor noch ein zusätzliches Bauteil aufgesetzt wird, das selbst mit großen Radien ausgestattet sein muss, um eine Strömungsablösung auszuschließen. Auch ist schwierig, extra Bauteile genau aufeinander abzustimmen, um die genannten Nachteile zu minimieren. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Krümmer in den Diffusor zu integrieren, wobei der Krümmer vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass die Normale des Querschnitts am Ende des zweiten Strömungsabschnitts zu der Normalen des Querschnitts am Luftaustritt einen Winkel von mindestens 15°, maximal jedoch 80° aufweist. Dazwischen sind beliebige Winkel möglich. Der Querschnitt des Diffusors bzw. des Krümmers im Bereich des Luftauslasses ist im Wesentlichen mit einem Seitenverhältnis von 4:3 ausgebildet, wobei die sich von der Zunge zum Luftauslass hin erstreckende Gehäusewand bogenförmig zum Zentrum der Querschnittsfläche am Luftauslass hin endet. Die Strömung kann somit im der Zunge nachfolgenden Bereich, ohne abzulösen, bis zum Luftauslass am Krümmer geführt werden.
-
In einer günstigen Ausführung kann das Gehäuse aus einem Unterteil und einem Deckel gebildet sein, wobei der Deckel im dritten Strömungsabschnitt (Krümmer) eine sich in Richtung des Unterteils erstreckende Rampe aufweist. Als „Rampe” versteht sich jede Ausbildung, die sich von dem Deckel in Richtung des Unterteils derart erstreckt, dass der Querschnitt verringert wird. Die Rampe kann sich über die gesamte Breite erstrecken oder lediglich abschnittsweise vorgesehen sein. In jedem Fall ist günstig, wenn das Ende der Rampe im Bereich des Luftauslasses mit dem Gehäuseunterteil bündig abschließt.
-
Neben der Aufweitung des Diffusors, ausgehend vom dem freien Ende der Zunge bis hin zur größten Weite, kann ferner vorgesehen sein, dass die Höhe des Diffusors im zweiten Strömungsabschnitt im Wesentlichen stetig zunimmt und im Bereich des dritten Strömungsabschnitts im Wesentlichen stetig abnimmt. Die Höhenreduzierung kann in einer Ausbildung durch das Vorsehen der Rampe ermöglicht sein. Als Höhenrichtung ist dabei die Axialrichtung des Gebläserads definiert. Durch das Reduzieren des Querschnittes im letzen Abschnitt wird eine Beschleunigung der Strömung und dadurch ein optimiertes Einströmen in den Krümmer erreicht.
-
Mit den gegebenen geometrischen Abmaßen kann ein Diffusor an einem Radialgebläse bereitgestellt werden, der so aufgebaut ist, dass keine Strömungsablösung auftritt, selbst wenn einzelne Bereiche des Diffusors oder Krümmers einen Öffnungswinkel größer 10° aufweisen. Durch die spezifische Ausbildung der Ersatzwinkel in den verschiedenen Strömungsabschnitten und durch die Einleitung der Diffusorwirkung im Inneren des Spiralgehäuses sowie die Ausbildung des dritten Strömungsabschnitts als Krümmer wird ein geringes Bauvolumen bei maximalem Wirkungsgrad und äußerst geringer Geräuschbildung erzielt.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
-
Es zeigen
-
1 eine Draufsicht eines Radialgebläses mit integriertem Diffusor,
-
2 eine seitliche Schnittansicht des Radialgebläses aus 1.
-
1 zeigt ein Radialgebläse 1 mit einem Gehäuse 2 und einem darin angeordneten Gebläserad 3. Das Gehäuse 2 weist eine im Wesentlichen spiralförmige Form auf, wobei im Außenbereich in Strömungsrichtung ein in Umfangsrichtung im Wesentlichen stetig erweiternder Druckraum 4 ausgebildet ist, der im Endbereich in einen an dem Gehäuse ausgebildeten Diffusor 6 übergeht. Der Diffusor 6 weist drei Strömungsabschnitte X, Y, Z auf, wobei der erste Strömungsabschnitt X innerhalb des Gehäuses 2 und der dritte Strömungsabschnitt Z als Krümmer 8 ausgebildet sind. Die Strömungsquerschnitte des Diffusors 6 vergrößern sich zumindest abschnittsweise in allen Abschnitten X, Y, Z, wobei in dem ersten und zweiten Strömungsabschnitt X, Y eine im Wesentlichen stetige Erweiterung vorliegt. Im Bereich des Endes der Spirale des Gehäuses 2 ist eine in Umfangsrichtung angeordnete Zunge 5 vorgesehen, deren freies Ende 5' den Anfang der Spiralform bildet und die für ein „Abschälen” und nachfolgendes Anlegen der Strömung dient. Die Zunge ist derart ausgebildet, dass sie über mehrere Abschnitte mit spitzen Winkeln ansteigt. In Umfangsrichtung erstreckt sich die Zunge 5 um den Winkel α, im vorliegenden Fall um ca. 30°, gemessen von dem freien Ende 5' der Zunge bis zu einer bis zu dem Ende des zweiten Strömungsabschnitts Y des Diffusors verlängerten Linie. Der im Inneren des Gehäuses ausgebildete erste Strömungsabschnitt X des Diffusors 6 umschließt den Umfang des Gehäuses um den Winkel β, der gemäß 2 ca. 70° einnimmt. In jedem Fall ist der Winkel β jedoch größer als 50° auszubilden, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten. Der erste Strömungsabschnitt X des Diffusors ist außerhalb des Gebläserads 3 gebildet und erstreckt sich innerhalb des Gehäuses bis zu einer von dem freien Ende der Zunge 5' zur Gehäuseaußenwand gedachten Normalen über einen Winkel δ, wobei gilt: δ = β – α, im vorliegenden Fall ca. 40°.
-
Ausgehend von dem freien Ende der Zunge
5' bis hin zur größten Weite öffnet sich der Diffusor
6 um über 10°, wobei der Ersatzwinkel der jeweils am Ende der Strömungsabschnitte angeordneten Querschnittsflächen A1, A2, C das Kriterium einhalten, dass der Ersatzwinkel von A1 zu A2 kleiner 10° und von A2 zu C kleiner 7° ist. Der Ersatzwinkel wird hierbei nach der Formel
berechnet, wobei D der hydraulische Durchmesser am Strömungseinlass bei der Querschnittsfläche A1 und d der Abstand zwischen den Querschnittsflächen A1 und A2 ist. d ist in jedem Fall so zu wählen, dass sich der dritte Strömungsabschnitt Z an dem zweiten Strömungsabschnitt Y nach einer Länge von einem bis zwei Dritteln der Gesamtlänge von der Querschnittsfläche A1 bis zur Austrittsfläche C erstreckt.
-
Die Zunge 5 erstreckt sich von ihrem freien Ende 5' tangential zur Gehäusewand im wesentlichen in Richtung der Hauptachse des Diffusors 6 und geht anschließend im dritten Strömungsabschnitt Z in eine im Wesentlichen zur Außenwand des Diffusors parallele Form (in der Draufsicht gesehen) über. Insgesamt ist der Diffusor 6 so gestaltet, dass sich der Endquerschnitt nicht mehr als um ein bestimmtes Maß, ausgehend von dem Startquerschnitt, ändert, um ein Ablösen der Strömung zu verhindern. Dabei weist der als Krümmer 8 ausgebildete dritte Strömungsabschnitt Z am Luftauslass eine im Wesentlichen rechteckige Form mit einem Seitenverhältnis von 4:3 auf, wobei die sich von der Zunge 5 zum Luftauslass 7 hin erstreckende Gehäusewand bogenförmig zum Zentrum der Querschnittsfläche C am Luftauslass 7 endet. Die entlang der Zunge 5 und der nachfolgenden zweiten und dritten Strömungsabschnitte Y, Z verlaufende Strömung kann somit über die gesamte Länge des Diffusors 6 ohne Ablösung und gleichzeitig ein hohes Maß an Druckrückgewinn gewährleistet werden.
-
In 2 ist eine Schnittansicht des Radialgebläses aus 1 gezeigt. Das Gehäuse 2 weist ein Unterteil 2' und einen Deckel 2'' auf, die aneinander befestigt sind. Das im Inneren des Gehäuses 2 angeordnete Gebläserad 3 erstreckt sich in radialer Richtung bis in den ersten und zweiten Strömungsabschnitt X, Y des Diffusors 6. Der Diffusor 6 vergrößert sich in Höhenrichtung h im ersten und zweiten Strömungsabschnitt Y, Y stetig, wobei im dritten Strömungsabschnitt Z die Höhe h abschnittsweise durch eine im Bereich des Luftauslasses angeordnete Rampe 9 am Deckel 2'' verringert wird. Die Rampe 9 schließt mit dem Gehäuseunterteil 2' im Bereich des Luftauslasses 7 bündig ab und gewährleistet ein permanentes Anliegen der Strömung über die Gesamtlänge des Diffusors in Höhenrichtung. Der als Krümmer 8 ausgebildete dritte Strömungsabschnitt Z lenkt die Strömung um einen Winkel τ von ca. 60° um, der gebildet ist durch die Normale des Querschnitts A2 zu der Normalen des Querschnitts C. Es sind jedoch auch andere Umlenkungen von 90° und mehr möglich.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend gezeigte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen und ebenfalls im Schutzbereich der Erfindung liegen. So ist es beispielsweise möglich, das Gehäuse einteilig auszubilden oder die Strömungsführung innerhalb des Diffusors nicht durch dessen Außenwand selbst, sondern durch zusätzlich eingebrachte Mittel zur Veränderung des Querschnitts anzupassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
