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Die Erfindung betrifft einen beispielsweise als Gebläse oder Ventilator ausgeführten Lüfter mit einem durch einen Antrieb rotationsbeweglich antreibbaren Lüfterrad, wobei im Bereich einer Ansaugöffnung der Lüfter mit einem zu dem Lüfterrad konzentrischen ringförmigen Einströmelement ausgestattet ist, dessen dem Lüfterrad zugewandter Randbereich von einem Lüfterradring des Lüfterrades bezogen auf die Rotationsachse des Lüfterrades radial derart eingeschlossen ist, dass zwischen dem Lüfterrad und dem Einströmelement ein Ringspalt begrenzt ist.
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Derartige Lüfter, beispielsweise in der Bauform von Axial-, Radial- oder Diagonallüftern, werden beispielsweise als Kühlerlüfter bei Antriebsmaschinen eingesetzt und unterliegen einer stetigen Optimierung, insbesondere hinsichtlich ihres Wirkungsgrades.
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Neben der Flügelgeometrie erweist sich der Luftspalt zwischen dem Lüfterradring und dem diesen umgebenden Mantelring des Einströmelementes des Lüfters als nachteilig bezüglich des Wirkungsgrades.
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Durch Rückströmung der vom Lüfterrad geförderten Luft durch den Ringspalt von der Überdruckseite zur Unterdruckseite des Lüfters kann es zu Leistungsverlusten von bis zu 10 % kommen. Der Luftstrom entwickelt dabei einen Spitzenwirbel und führt zudem auch zu Energieverlusten, wenn der Luftstrom an einem vorhandenen Wärmetauscher vorbeiströmt. Zudem erzeugt dieser Luftstrom Geräusche, die als unangenehm empfunden werden.
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Durch spezielle Luftspaltkonturen wird versucht, den Strömungswiderstand in diesem Bereich zu erhöhen, um die Luft am Zurückströmen zu hindern.
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Aus der
EP 0 913 584 B1 ist ein Axiallüfter mit einer diesen umgebenden Abdeckungskonstruktion bekannt, wobei die Abdeckungskonstruktion eine radial nach innen offene Ringnut umfasst. Ferner weist das Flügelrad einen Flügelradaußenring mit einem Ringflansch auf, welcher in der Ringnut der Abdeckungskonstruktion angeordnet ist, sodass die Ringnut und der Ringflansch einen Labyrinth-Luftverschluss bilden, um einen Luftrückstrom zu vermeiden.
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Aus der
US 4,566,852 A ist eine Kühlanordnung unter Verwendung eines Axialgebläses bekannt, das die Effizienz des Gebläses steigert und den Lärmpegel beim Betrieb verringert. Dies wird durch ein Luftleitelement in Ringform erzielt, das an den Flügeln angebracht ist und mit einem nicht drehenden Rahmen zusammenwirkt, sodass die Konturen des Luftleitelementes eng der zugekehrten Kontur entsprechen.
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Das Problem der unerwünschten Rückströmung kann gemäß der
DE 695 29 379 T2 beispielsweise dadurch vermieden werden, dass das Lüfterrad einen radialen Vorsprung hat, welcher in eine durch die Einströmdüse begrenzte Ringnut des Gehäuses eingreift. Diese Gestaltung führt jedoch zu einer anderen Bauform.
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Weiterhin ist durch die
DE 693 33 845 T2 ein Axiallüfter bekannt, bei dem eine den Lüfter umgebende Struktur eine radial nach innen offene Nut aufweist, die durch mehrere Wandteile gebildet wird. In dieser Nut ist ein Flansch angeordnet, der im Betrieb des Lüfters einen Labyrinth-Luftverschluss bildet, um so die Verluste des Wirkungsgrades des Lüfters infolge von zurückströmender Luft zu verringern.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lüfter derart weiterzubilden, dass ein Rückströmen der Luft durch den Luftspalt zwischen dem Lüfterrad und dem ringförmigen Einströmelement verhindert oder zumindest wesentlich vermindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Lüfter gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also ein Lüfter vorgesehen, bei dem das Lüfterrad von einem rohrförmigen Leitelement radial eingeschlossen ist, welches mit dem Lüfterrad einen zweiten Ringspalt begrenzt. Indem erfindungsgemäß eine Anordnung realisiert wird, bei der das Lüfterrad zwischen einem durch die Einströmdüse und einem als Rippe ausgeführten Vorsprung gebildeten Ringspalt mit geringem Abstand zu diesen rotationsbeweglich angetrieben ist, wird durch den zweiten Ringspalt der Strömungswiderstand wesentlich erhöht und dadurch der Wirkungsgrad deutlich verbessert. So konnten bereits Wirkungsgradsteigerungen von 2 % nachgewiesen werden. Der der Erfindung zugrunde liegende technische Effekt beruht nach derzeitiger Erkenntnis darauf, dass in dem Ringspalt besonders effizient nutzbare Druckdifferenzen, möglicherweise Drosseleffekte auftreten, die dadurch entstehen, dass das von dem Einströmelement und dem Leitelement eingeschlossene, rotierende Lüfterrad zu einer tangentialen Ablenkung der Luft in diesem Bereich führt, sodass durch diese tangentiale Strömung ein Luftaustausch zwischen der Druckseite und der Saugseite effizient reduziert wird. Hierzu schließt das rohrförmige Leitelement das Lüfterrad an seinem gesamten Umfang radial ein, wobei ein dem Lüfterrad zugewandter Randbereich des Leitelementes in einer zu der Querschnittsebene des Lüfterrades parallelen Ebene verläuft.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der erste Ringspalt und der zweite Ringspalt eine im Wesentlichen übereinstimmende radiale Erstreckung als Spaltmaß aufweisen. Indem also die Spaltmaße der beiden Ringspalte übereinstimmen, werden unerwünschte Druckdifferenzen zwischen dem ersten Ringspalt und dem zweiten Ringspalt und damit einhergehende Luftströmungen vermieden. Es kommt somit zu einer besonders wirkungsvollen Verzögerung bzw. Unterbindung von Luftströmungen.
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Das Leitelement könnte an einem Gehäuse des Lüfters angeordnet sein. Besonders sinnvoll ist hingegen eine Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der das rohrförmige Leitelement mit dem Einströmelement verbunden ist. Indem das Leitelement mit dem Einströmelement verbunden ist, wird in diesem Bereich ein von der Umgebung getrenntes Volumen eingeschlossen, welches ein unerwünschtes Durchströmen dieses Bereichs verhindert. Insbesondere schließt der Verbindungsbereich ein Totvolumen ein, welches als Puffer dient und für eintretende Luftströmungen als Beruhigungsbereich wirkt.
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Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn das Einströmelement und das Leitelement zumindest in einem das Lüfterrad einschließenden Bereich parallel zueinander verlaufen, insbesondere also konzentrisch bzw. koaxial zueinander angeordnet sind, sodass der jeweilige Ringspalt in Richtung seiner axialen Erstreckung ein konstantes Spaltmaß aufweist. Druckdifferenzen werden dadurch in einfacher Weise vermieden.
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Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn das Einströmelement und das Leitelement nicht nur parallel verlaufen, sondern sich bis zu einer gemeinsamen Querschnittsebene bezogen auf die Rotationsachse des Lüfterrades erstrecken, sodass die jeweilige axiale Überlappung gleich groß ist. Der sich in den beiden Ringspalten ausbildende Zentrifugaleffekt ist dadurch gleich groß.
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Das Einströmelement kann eine an die jeweiligen Umstände optimal angepasste Formgebung aufweisen. Besonders empfehlenswert ist es hingegen auch, wenn das Einströmelement zumindest abschnittsweise als eine Einströmdüse oder kalottenförmig ausgeführt ist und sich somit der erste Ringspalt in den Bereich des geringsten Durchlassquerschnittes des Lüfters erstreckt. Der Wirkungsgrad kann dadurch weiter optimiert werden.
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Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf eine bestimmte Bauform eines Lüfters beschränkt. Als besonders Erfolg versprechend haben sich jedoch bereits Diagonallüfter oder Radiallüfter erwiesen, bei denen die im Vergleich zu einem Axiallüfter höhere Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite und die damit beim Stand der Technik einhergehenden Verluste in optimaler Weise reduziert werden und so der Wirkungsgrad deutlich verbessert wird.
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Ferner kann der Lüfterradring an seiner Außenkontur zumindest einen Steg, beispielsweise mehrere schaufelförmig ausgebildete Stege aufweisen. Diese Stege können auch asymmetrisch an der Außenkontur des Lüfterradaußenringes angeordnet sein.
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Vorzugsweise weist der Randbereich des Lüfterrades einen radial bogenförmigen Verlauf mit einer nach außen weisenden Krümmung auf.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lüfters 1 mit einem durch einen nicht gezeigten Antrieb rotationsbeweglich antreibbaren Lüfterrad 2. Der Lüfter 1 hat an seiner Überdruckseite 3 ein zu dem Lüfterrad 2 konzentrisches ringförmiges Einströmelement 4, welches als Einströmdüse wirkt und eine Einlassöffnung 5 begrenzt. An einem dem Lüfterrad 2 zugewandten Randbereich ist das Einströmelement 4 von einen Lüfterradring 6 des Lüfterrades 2 in Bezug auf eine Rotationsachse 7 des Lüfterrades 2 radial eingeschlossen, sodass zwischen dem Lüfterrad 2 und dem Einströmelement 4 ein erster Ringspalt 8 begrenzt ist. Zusätzlich ist das Lüfterrad 2 seinerseits von einem den Lüfterradring 6 radial einschließenden rohrförmigen Leitelement 9 eingeschlossen, welches mit dem Lüfterradring 6 einen zweiten Ringspalt 10 einschließt, sodass der Lüfterradring 6 zu dem Einströmelement 4 und zu dem Leitelement 9 jeweils koaxial angeordnet ist und diese sich bis zu einer gemeinsamen Querschnittsebene 11 erstrecken. Die erfindungsgemäße Lösung verhindert eine Rückströmung der Luft durch den Ringspalt 8 zwischen dem Lüfterradring 6 und dem Einströmelement 4 von der Überdruckseite 3 zur Unterdruckseite 12 des Lüfters 1. Durch das Einfügen von zumindest einem stegförmigen Leitelement 9, zweckmäßigerweise mit einer übereinstimmenden axialen Überlappung 13 zu dem Lüfterrad 2 wie das Einströmelement 4, wird in dem Ringspalt 8 eine Druckdifferenz in der gleichen Richtung erzeugt wie von den Flügeln des Lüfterrades 2. Damit wird einem Rückstrom der durch das Lüfterrad 2 erzeugten Luftströmung 14 durch den Ringspalt 8 entgegengewirkt. Hierzu weisen der erste Ringspalt 8 und der zweite Ringspalt 10 eine übereinstimmende Spaltweite 15 auf, um so eine im Wesentlichen übereinstimmende Strömung und damit Druckdifferenz in dem jeweiligen Ringspalt 8, 10 zu erzeugen und den unerwünschten Luftaustausch zu unterbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0913584 B1 [0006]
- US 4566852 A [0007]
- DE 69529379 T2 [0008]
- DE 69333845 T2 [0009]
