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Die Erfindung betrifft eine Einlaufdüse für Radialventilatoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Radialventilator nach Anspruch 16.
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Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten, das heißt kleinen Drehzahlbereichen, wird bei Radialventilatoren das gesamte Geräuschspektrum so stark abgesenkt, dass einzelne akustische Phänomene deutlich zu detektieren sind und sich störend auf die akustische Bilanz der Lüfterräder auswirken. Bei der akustischen Bilanz werden unter anderem Strömungsphänomene, wie das Düsengeräusch oder zum Beispiel Motorgeräusche, berücksichtigt. Bei frei laufenden Lüfterrädern werden vermehrt drehzahlgeregelte Antriebe eingesetzt. Die Drehzahlregelung führt dazu, dass geringe Strömungsgeschwindigkeiten häufiger verwendet werden, wodurch die beschriebenen Probleme auftreten.
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Es sind Einlaufdüsen für Radialventilatoren bekannt (
DE 200 01 746 U1 ), bei denen der Einlassbereich durch eine stetig gekrümmte Wand begrenzt ist, die über einen umlaufenden sickenförmigen Absatz in einen Auslassbereich übergeht, der von einer zylindrischen Wand umgeben ist. Über die Einlaufdüse wird vom Radialventilator Luft angesaugt, die über die Einlassöffnung zunächst in den Einlassbereich und von dort zum Auslassbereich strömt. Der umlaufende Absatz zwischen dem Einlass- und dem Auslassbereich bildet ein Störungselement, durch das eine in der Einlaufdüse an der Wandung befindliche Grenzschicht durch Luftdurchmischung verbreitert wird, um die Geräuschentwicklung zu verringern. Die Herstellung einer solchen Einlaufdüse mit einem sickenartigen Störungselement ist allerdings aufwändig.
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Es sind Einlaufdüsen auch bei Axialventilatoren bekannt (
US 6 499 948 B1 ). Der Einlassbereich wird von einer konischen Wand begrenzt, die in die Wand des Auslassbereiches übergeht. Diese Wand ist ebenfalls konisch gestaltet, jedoch ist der Konuswinkel größer als der Konuswinkel der Wandung des Einlassbereiches. Der Übergang zwischen den beiden konischen Wänden erfolgt durch einen Zwischenabschnitt. Das Laufrad des Axialventilators ist so innerhalb der Einlaufdüse angeordnet, dass die Auslassöffnung der Einlaufdüse in Strömungsrichtung der Luft hinter dem Laufrad liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einlaufdüse sowie den Radialventilator so auszubilden, dass bei einfacher und kostengünstiger Fertigung auch bei geringeren Drehzahlen des Lüfterrades die Geräuschentwicklung zumindest so gering ist, dass sie vom Anwender nicht als störend empfunden wird.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einlaufdüse erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim Radialventilator mit den Merkmalen des Anspruches 16 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Einlaufdüse zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandung des Auslassbereiches aus wenigstens drei Wandabschnitten besteht, die jeweils durch eine gerade Erzeugende gebildet werden, in Strömungsrichtung der angesaugten Luft hintereinander liegen und jeweils über eine über den Umfang der Wandabschnitte verlaufende Kante aneinander anschließen. Durch diese Kanten wird die Geräuschentwicklung im Einsatz der Einlaufdüse so stark verringert, dass sie auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft nicht als störend empfunden wird. Die Wandung des Auslassbereiches hat nicht mehr einen oder mehrere Radien, sondern weist die wenigstens drei Elemente auf, die über die Kante jeweils ineinander übergehen. Eine so gestaltete Einlaufdüse lässt sich einfach und kostengünstig fertigen. Die Auslassöffnung des Auslassbereiches liegt in Strömungsrichtung der Luft vor dem Laufrad des Radialventilators, so dass die Luft durch die wenigstens drei Wandabschnitte optimal dem Laufrad zugeführt werden kann.
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Die über den Umfang der Wandabschnitte verlaufenden Kanten können je nach Einsatzfall der Einlaufdüse eine geringe Steigung aufweisen. Vorteilhaft liegen diese Kanten jedoch jeweils in Radialebenen der Einlaufdüse.
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Die Wandabschnitte des Auslassbereiches sind vorteilhaft so gestaltet, dass sie jeweils auf einem Kegelmantel liegen. Außerdem können die Wandabschnitte eckigen Umriss haben, obgleich eine runde, insbesondere kreisförmige Umrissform der Wandabschnitte bevorzugt ist.
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Optimale Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn der Winkel, unter dem die Wandabschnitte des Auslassbereiches aneinander anschließen, in Richtung auf die Auslassöffnung abnimmt. Eine solche Gestaltung des Auslassbereiches ermöglicht auch eine kostengünstige Herstellung der Einlaufdüse.
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Bevorzugt sind die Wandabschnitte des Auslassbereiches einstückig miteinander ausgebildet. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Wandabschnitte einzeln zu fertigen und an den Kanten in geeigneter Weise miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verkleben oder zu verschweißen.
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Vorteilhaft besteht der Einlassbereich der erfindungsgemäßen Einlaufdüse aus zwei Wandabschnitten, die über eine über ihren Umfang verlaufende Kante aneinander anschließen.
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Diese Kante des Einlassbereiches kann ebenfalls eine geringe Steigung aufweisen. Vorteilhaft jedoch liegt diese Kante in einer Radialebene der Einlaufdüse.
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Gute Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Wandabschnitte des Einlassbereiches stumpfwinklig aneinander anschließen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der von der Einlassöffnung abgewandte Wandabschnitt des Einlassbereiches stumpfwinklig an den benachbarten Wandabschnitt des Auslassbereiches anschließt.
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Der Übergang zwischen den benachbarten Wandabschnitten von Einlassbereich und Auslassbereich wird durch eine über den Umfang der Einlaufdüse verlaufende Kante gebildet. Sie trägt in vorteilhafter Weise zur nur geringen Geräuschentwicklung der Einlaufdüse im Einsatz bei.
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Diese Kante am Übergang vom Einlass- zum Auslassbereich kann als Hinterschnittkante ausgebildet sein. Sie sorgt für eine Verbreiterung der Randschicht des Luftstromes an der Wandung der Einlaufdüse, wodurch die Geräuschentwicklung weiter verringert wird.
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Die Kante am Übergang zwischen dem Einlass- und dem Auslassbereich kann eine geringe Steigung haben. Vorteilhaft liegt sie jedoch in einer Radialebene der Einlaufdüse.
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Ein guter störungsfreier Übergang vom Einlass- zum Auslassbereich ergibt sich, wenn der Winkel, unter dem die beiden Wandabschnitte von Einlassbereich und Auslassbereich aneinander anschließen, größer ist als die Winkel, unter denen die Wandabschnitte des Auslassbereiches aneinander anschließen.
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Die Einlaufdüse ist vorteilhaft einstückig ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beispielsweise den Einlassbereich und den Auslassbereich jeweils getrennt zu fertigen und anschließend in geeigneter Weise, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, miteinander zu verbinden.
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Eine sehr kostengünstige Fertigung ergibt sich, wenn die Einlaufdüse als Spritzgießteil aus Kunststoff ausgebildet ist.
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Der mit der erfindungsgemäßen Einlaufdüse ausgerüstete Radialventilator zeichnet sich durch eine sehr geringe Geräuschentwicklung aus, auch bei niedrigen Drehzahlenbereichen.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
- 1 in Ansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eintrittsdüse,
- 2 die Eintrittsdüse gemäß 1 in perspektivischer Darstellung,
- 3 im Axialschnitt einen Teil der erfindungsgemäßen Eintrittsdüse,
- 4 die Einzelheit X in 3 in vergrößerter Darstellung,
- 5 in Ansicht eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlaufdüse,
- 6 in einem Axialschnitt einen Teil der Einlaufdüse gemäß 5,
- 7 die Einzelheit X in 6 in vergrößerter Darstellung,
- 8 eine Schallleistungspegel-Volumenstrom-Kurve nach dem Stand der Technik und bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einlaufdüse,
- 9 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Radialventilator mit einer erfindungsgemäßen Einlaufdüse.
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Der Radialventilator hat eine trichterförmige Einlaufdüse 1 (9) und ein Laufrad 2. Es befindet sich zwischen einer der Einlaufdüse 1 zugewandten Deckscheibe 3 und einer ihr gegenüberliegenden Bodenscheibe 4. Das Laufrad 2 ist vorteilhaft ein frei laufendes, rückwärts gekrümmtes Laufrad. Solche Laufräder 2 sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert. Die Deckscheibe 3 weist zentral einen ringförmigen Ansatz 5 auf, der sich in Richtung auf die Einlaufdüse 1 im Querschnitt stetig verjüngt und in den die Einlaufdüse 1 unter Bildung eines Ringspaltes 6 eingreift.
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Die Einlaufdüse 1 hat einen Befestigungsflansch 7, der im Ausführungsbeispiel (1) ringförmig ausgebildet ist. Je nach Anwendungsfall kann der Befestigungsflansch 7 auch anderen Umriss haben, beispielsweise ovalen oder eckigen Umriss aufweisen. Über den Umfang des Befestigungsflansches 7 sind vorteilhaft gleichmäßig verteilt Befestigungsöffnungen 8 vorgesehen.
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Der Befestigungsflansch 7 umgibt eine Einlassöffnung 9, über die das Laufrad 2 im Einsatz des Radialventilators Primärluft P (9) ansaugt. Sie durchströmt die Einlaufdüse 1 und gelangt über eine Auslassöffnung 10 (3) zum Laufrad 2. Von ihm wird die Primärluft P in einen radialen Luftstrom R (9) umgelenkt.
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Das Laufrad 9 saugt außerdem Sekundärluft S über den Ringspalt 6 an. Diese Sekundärluft vermischt sich mit der über die Einlassöffnung 9 angesaugten Primärluft P.
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Die Einlassöffnung 9 wird von einer konischen Wand 11 begrenzt (3), die sich in Richtung auf die Auslassöffnung 10 verjüngt. Die Wand 11 verbindet den Befestigungsflansch 7 mit einer ringförmigen Zwischenwand 12. Sie schließt stumpfwinklig an die konische Wand 11 an. Die Zwischenwand 12 liegt etwa parallel zum Befestigungsflansch 7, vorteilhaft jedoch unter einem kleinen spitzen Winkel von beispielsweise 1° zur zugehörigen Radialebene 13. Die in Radialrichtung gemessene Breite der ringförmigen Zwischenwand 12 ist wesentlich größer als die radiale Breite der konischen Wand 11.
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Die Zwischenwand 12 schließt stumpfwinklig an eine Konuswand 14 an. Ihre radiale Breite entspricht beispielsweise etwa der radialen Breite der Zwischenwand 12.
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Die konische Wand 11, die Zwischenwand 12 und die Konuswand 14 bilden einen Einlassbereich 15 der Einlaufdüse 1. Die angesaugte Primärluft P wird im Randbereich längs der Zwischenwand 12 und der Konuswand 14 des Einlassbereiches 15 mit einer wesentlichen Radialkomponente nach innen in die Einlaufdüse 1 geleitet. An der Innenwand 16 der Einlaufdüse 1 gehen die Zwischenwand 12 und die Konuswand 14 über eine Kante 17 ineinander über, die sich über den Umfang der Innenwand 16 erstreckt und in einer Radialebene der Einlaufdüse 1 liegt.
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An den Einlassbereich 15 schließt ein Auslassbereich 18 der Einlaufdüse 1 an. Er ist in Axialrichtung der Einlaufdüse 1 wesentlich breiter als der Einlassbereich 15. Im Ausführungsbeispiel beträgt die axiale Breite des Auslassbereiches 18 etwa der vierfachen Axialbreite des Einlassbereiches 15. Die axiale Breite des Auslassbereiches 18 kann zwischen etwa der drei- bis etwa der fünffachen axialen Breite des Einlassbereiches 15 betragen. Das Breitenverhältnis zwischen dem Einlassbereich 15 und dem Auslassbereich 18 richtet sich nach dem Anwendungsfall und/oder den gegebenen Einbauverhältnissen für die Einlaufdüse 1. Die Abstimmung der axialen Breite der beiden Bereiche 15, 18 wird so gewählt, dass auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten der angesaugten Primärluft P die Geräuschentwicklung gering ist. Zudem wird durch dieses Breitenverhältnis in vorteilhafter Weise auch ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
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Der Auslassbereich 18 wird durch wenigstens drei Wandabschnitte 19 bis 21 gebildet, die jeweils stumpfwinklig aneinander anschließen. An der Innenwand 16 wird zwischen den einzelnen Wandabschnitten 19 bis 21 jeweils eine Ringkante 22, 23 gebildet, die jeweils in einer Radialebene der Einlaufdüse 1 liegen. Die Wandabschnitte 19, 20 sind konisch ausgebildet, während der Wandabschnitt 21 durch eine zylindrische Wand gebildet wird. Die konischen Wandabschnitte 19, 20 verjüngen sich in Richtung auf die Auslassöffnung 10. Der konische Wandabschnitt 19 schließt stumpfwinklig an die Konuswand 14 des Einlassbereiches 15 an. An der Innenwand 16 der Einlaufdüse 1 wird eine umlaufende Kante 24 gebildet, die wie die Ringkanten 22, 23 in einer Radialebene der Einlaufdüse 1 liegt.
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Die axiale Breite der Wandabschnitte 19 bis 21 nimmt vom Einlassbereich 15 aus in Richtung auf die Auslassöffnung 10 zu. Wie sich aus 3 ergibt, hat der Wandabschnitt 19 die axiale Breite 25, der Wandabschnitt 20 die axiale Breite 26 und der Wandabschnitt 21 die axiale Breite 27. Diese ungleichen axialen Breiten tragen dazu bei, dass im Einsatz des Radialventilators die Düsengeräusche minimal sind, auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft klein ist. Die Kanten 22 bis 24 des Auslassbereiches 18 führen, insbesondere in Verbindung mit der Ringkante 17, zu einer erheblichen Reduzierung des Geräusches der Einlaufdüse 1. Hierbei hat die Ringkante 24 den größten Anteil an der Geräuschreduzierung.
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An den Wandabschnitt 21 schließt ein Endabschnitt 28 an, der die Auslassöffnung 10 begrenzt und dessen Wandung stetig gekrümmt ist. Der Endabschnitt 28 erweitert sich in Richtung auf das Auslassende der Einlaufdüse 1 stetig nach außen. Der Endabschnitt 28 bildet den Austrittsbereich 29 der Einlaufdüse 1. Die axiale Breite 30 des Austrittsbereiches 29 ist wesentlich kleiner als die axiale Breite des Auslassbereiches 18. Beispielhaft beträgt die axiale Breite 30 etwa 1/3 bis etwa einem 1/5, vorzugsweise etwa 1/4 der axialen Breite des Auslassbereiches 18. Der Endabschnitt 28 geht stetig in den Wandabschnitt 21 über.
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Die Einlaufdüse 1 ist vorteilhaft einstückig ausgebildet, so dass eine kostengünstige Fertigung möglich ist. Da zwischen den Wandabschnitten 12, 14 und 19 bis 21 jeweils umlaufende Kanten 17 und 22 bis 24 gebildet sind, wird das Düsengeräusch im Einsatz der Einlaufdüse 1 im Vergleich zu herkömmlichen Ausbildungen wesentlich reduziert.
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Der Winkel zwischen den einander anschließenden Wandabschnitten 14, 19 und 20 nimmt ab. So beträgt beispielsweise der Winkel α1 zwischen den Wandabschnitten 14 und 19 etwa 220° und der Winkel α2 zwischen den Wandabschnitten 19 und 20 etwa 190°. Der Winkel α3 zwischen Wandabschnitten 20 und 21 ist dann wieder kleiner als der Winkel α2.
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Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei diesen Winkelwerten lediglich um Beispielsangaben handelt, die zwar eine vorteilhafte Ausbildung der Einlaufdüse kennzeichnen, jedoch keine zwingende Voraussetzung für die Gestaltung der Einlaufdüse sind. Die angesaugte Primärluft P strömt an der Innenwand 16 der Einlaufdüse 1 entlang und bildet hierbei eine Randschicht. Die Kanten 17, 22 bis 24 bilden Störungselemente, die zu einer Ablösung der Randströmungsschicht von der Wandung 16 der Einlaufdüse 1 führen. Trotz dieser Ablösung der Randschichtströmung zeichnet sich die Einlaufdüse 1 durch eine sehr geringe Geräuschentwicklung aus. Auch die Luftleistung des Radialventilators wird hierdurch nicht beeinträchtigt.
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Die Einlaufdüse 1 lässt sich einfach und kostengünstig aus Kunststoff im Spritzgießverfahren herstellen.
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Die Einlaufdüse 1 gemäß den 5 bis 7 unterscheidet sich von der vorigen Ausführungsform lediglich dadurch, dass am Übergang von der Konuswand 14 zum Wandabschnitt 19 die Ringkante 24 als Hinterschnitt ausgebildet ist. Die Einlaufdüse 1 hat den Befestigungsflansch 7 mit den Befestigungsöffnungen 8, die konische Wand 11, die Zwischenwand 12, die Wandabschnitte 19 bis 21 sowie den Endabschnitt 28. Der Übergang zwischen den Wandabschnitten 19 bis 21 erfolgt über die Ringkanten 22, 23, die jeweils in Radialebenen der Einlaufdüse 1 liegen.
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Der Übergang von der Konuswand 14 in die Zwischenwand 19 erfolgt in Form einer Ringkante, die als Hinterschnitt 24 ausgebildet ist. Die Innenwand 31 der Konuswand 14 steht über die Innenwand 32 des Wandabschnittes 19 vor. Dadurch erfolgt in diesem Bereich eine Ablösung der Randströmungsschicht des Primärstromes P von der Innenwand der Einlaufdüse 1. Es kommt dadurch im Bereich des Hinterschnittes 24 zu einer turbulenten Strömung, die zu einer guten Luftdurchmischung führt. Dennoch wird, insbesondere in Verbindung mit den nachfolgenden Ringkanten 22, 23, eine hervorragende Geräuschverminderung beim Einsatz der Einlaufdüse 1 erreicht, ohne dass die Luftleistung des Radialventilators merklich beeinträchtigt wird.
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Im Übrigen ist die Lufteinlassdüse 1 gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform.
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In 8 ist der Schallleistungspegel über den Volumenstrom des Radialventilators dargestellt, der mit der Einlaufdüse 1 gemäß den 1 bis 4 bzw. 5 bis 7 versehen ist. Die für diesen Radialventilator gültige Kurve 33 zeigt, dass mit zunehmendem Volumenstrom der Schallleistungspegel bis zu einem Minimum stetig abnimmt. Bei einem darüber hinausgehenden höheren Volumenstrom nimmt der Schallleistungspegel wieder zu.
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Die gestrichelte Kurve 34 zeigt die Verhältnisse bei Einsatz einer herkömmlichen Einlaufdüse, deren Wandung stetig gekrümmt ist. Auch hier nimmt der Schallleistungspegel bis zu einem bestimmten Volumenstrom stetig ab, bis er ein Minimum erreicht. Bei darüber hinausgehendem Volumenstrom nimmt dann der Schallleistungspegel wieder zu. Ein Vergleich der beiden Kurven 33, 34 zeigt, dass die Kurve 34 nahezu über den gesamten Volumenstrombereich, insbesondere in dem im Einsatz eines Radialventilators üblichen Volumenstrom, deutlich höher liegt als die Kurve 33. Die nach dem Stand der Technik ausgebildeten Einlaufdüsen erzeugen somit nahezu über den gesamten Volumenstrombereich eine wesentlich höhere Geräuschentwicklung als die beschriebenen Einlaufdüsen gemäß den 1 bis 7.
