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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Radialgebläse, insbesondere ein Radialgebläse für einen Staubsauger, das ein um eine Drehachse drehbares, durch einen Motor antreibbares Laufrad, das eine Mehrzahl von Schaufeln zur Erzeugung eines zumindest teilweise radial nach außen gerichteten Luftstroms aufweist, und eine feststehende Nachleiteinrichtung umfasst, die eine senkrecht zur Drehachse axial benachbart zum Laufrad angeordnete Diffusorplatte, eine diese radial außen umgebende Ringwand und eine das Laufrad zumindest teilweise umschließende Haube aufweist, wobei zwischen der Haube, dem Laufrad und der Diffusorplatte ein das Laufrad radial außen umgebender, durchgehender Ringraum gebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Aufgabe eines Gebläses, insbesondere in Staubsaugern, ist es, eine Saugleistung als Produkt von Unterdruck und Volumenstrom zur Verfügung zu stellen. In Staubsaugern kommen in der Regel Radialgebläse zum Einsatz. Ein solches Radialgebläse umfasst einen Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor, und eine Aerodynamikeinrichtung, die ein Radiallaufrad und eine Nachleiteinrichtung umfasst. Der zu fördernde Luftvolumenstrom strömt in der Regel axial in das Laufrad ein, das einen zumindest teilweise radial nach außen gerichteten Luftstrom erzeugt, d.h. einen Luftstrom, dessen Strömungsrichtung eine radial nach außen gerichtete Komponente aufweist. In der Regel hat die Strömungsrichtung beim Verlassen des Laufrads auch eine in Drehrichtung des Laufrads gerichtete tangentiale Komponente. Die Nachleiteinrichtung dient der Umlenkung des erzeugten Luftstroms in eine gewünschte Richtung. Da der elektrische Antriebsmotor in der Regel gekühlt werden muss, wird der erzeugte Luftstrom üblicherweise derart umgelenkt, dass Komponenten des Elektromotors durchströmt und gekühlt werden können. In der Nachleiteinrichtung erfolgt daher insbesondere eine Umlenkung des vom Laufrad erzeugten Luftstroms von einer schräg nach außen gerichteten, zumindest teilweise radialen Richtung in eine axiale Richtung, wobei in der Regel zur Kühlung des Motors der Luftstrom von einer Peripherie der Laufrads in die Nähe der Antriebsachse zurückgeführt wird. Im weiteren Verlauf strömt der Luftstrom üblicherweise in axialer Richtung aus dem Gebläse aus. Die Nachleiteinrichtung dient ferner auch der Druckrückgewinnung und wird daher oft als Diffusor bezeichnet.
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Es ist bekannt, dass eine Nachleiteinrichtung für ein Radialgebläse als Plattendiffusor ausgebildet ist. Dabei ist parallel zu einer scheibenförmigen Grundplatte des Laufrads, welche senkrecht zur Drehachse angeordnet ist, in einem geringen Abstand zur Grundplatte eine im Wesentlichen kreisförmige Platte angeordnet, die auch als Diffusorplatte bezeichnet wird. Das Laufrad ist von einer Haube umschlossen, die diese gegen die Umgebung abgrenzt, wobei zwischen der Haube und der Peripherie des Laufrads ein Abstand verbleibt. Der Außendurchmesser der Diffusorplatte ist größer als der Außendurchmesser des Laufrads, so dass sich zwischen der Peripherie des Laufrads, der Diffusorplatte und der Haube ein Ringraum ergibt, in den der Luftstrom durch die Schaufeln des Leitrads gefördert wird. In dem Ringraum können Leitschaufeln angeordnet sein, die den Ringraum unterbrechen und die aus dem Laufrad austretende Luft führen. Der Ringraum kann aber auch leer sein, wobei in der Diffusorplatte eine Mehrzahl von Öffnungen vorgesehen ist, durch die die vom Laufrad geförderte Luft auf die dem Laufrad entgegengesetzte Seite der Diffusorplatte hindurchtreten kann, wo Mittel zur weiteren Führung des Luftstroms, beispielsweise in axialer Richtung und/oder radial nach innen angeordnet sind.
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Aus
EP 0 773 620 B1 ist ein Motorgehäuse bekannt, das einen auf der Motorwelle montierten Umlauflüfter und ein Umlenkmittel aufweist, um den von dem Lüfter abgegebenen Luftstrom über den Motor zu leiten. Das Umlenkmittel weist eine Umlenkplatte auf, die an ihrem äußeren Rand eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Die Öffnungen werden durch gekrümmte Wandteile begrenzt und münden in Lufteintrittsöffnungen, durch die der Luftstrom in eine Luftkammer auf der anderen Seite der Diffusorplatte gelangt. Die Lufteintrittsöffnungen weisen eine vom Luftstrom angeströmte Kante auf, die im Wesentlichen in radialer Richtung gerichtet ist.
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Gemäß
JP H11-206630 A ist bei einem elektrischen Gebläse ein im Wesentlichen scheibenförmiger Diffusor vorgesehen, der an seinem Umfang Öffnungen aufweist, durch die der vom Laufrad des Gebläses erzeugte Luftstrom auf die andere Seite des Diffusors hindurchtreten kann. Diese Öffnungen weisen auf ihrer Innenseite eine gekrümmte Kante und eine im Wesentlichen in einer radialen Richtung verlaufende angeströmte Kante auf.
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Aus
JP 2007002770 A ist ein Staubsauger mit einem Gebläse bekannt, das einen Diffusor umfasst. Auf einer Außenseite des Radiallaufrads sind in einem Ringraum eine Mehrzahl von Schaufeln angeordnet, die den vom Laufrad geförderten Luftstrom führen. Unterhalb der Schaufeln ist eine Platte angeordnet, die an ihrer äußeren Kante im Wesentlichen dreiecksförmige Aussparungen aufweist, durch die der Luftstrom zur Unterseite der Platte gelangt, wo er durch Rückkehrschaufeln in Richtung zur Drehachse geführt wird.
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Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Radialgebläse, insbesondere ein Radialgebläse für einen Staubsauger, anzugeben, bei dem der erzeugte Schallleistungspegel reduziert und/oder der aerodynamische Wirkungsgrad erhöht ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die Bezugszeichen in sämtlichen Ansprüchen haben keine einschränkende Wirkung, sondern sollen lediglich deren Lesbarkeit verbessern.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Radialgebläse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Ein erfindungsgemäßes Radialgebläse, das insbesondere zur Verwendung in einem Staubsauger ausgebildet ist, vorzugsweise in einem batterie- bzw. akkubetriebenen Handstaubsauger, umfasst ein Laufrad, das um eine Drehachse drehbar gelagert und durch einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, antreibbar ist. Das Laufrad weist eine Mehrzahl von Schaufeln auf, die zur Erzeugung eines radial nach außen gerichteten Luftstroms angeordnet sind. Die Schaufeln sind vorzugsweise schräg zu einer radialen Richtung angeordnet und bei einer Drehung des Laufrads in einer Drehrichtung von innen nach außen gesehen rückwärts gekrümmt. Wird das Laufrad durch den Motor in Rotation versetzt, so wird hierdurch ein zumindest teilweise radial nach außen gerichteter Luftstrom erzeugt, der an einer Peripherie des Laufrads in einen nach außen an das Laufrad anschließenden Raum abgegeben wird. Dass der Luftstrom zumindest teilweise radial nach außen gerichtet ist, bedeutet hier, dass eine Strömungsrichtung des erzeugten Luftstroms eine nach außen gerichtete Komponente aufweist; die Strömungsrichtung des Luftstroms weist aufgrund der Mitnahme der Luft durch die Schaufeln des Laufrads in der Regel auch eine tangentiale Komponente auf, die die radiale betragsmäßig übersteigen kann. So kann der Luftstrom beim Verlassen des Laufrads mit einer tangentialen Richtung des Laufrads einen Winkel von weniger als 30º bilden. Der erzeugte Luftstrom ist insbesondere entlang der Umfangsfläche des Laufrads gleichmäßig ausgebildet. Die vom Laufrad geförderte Luft wird in der Nähe der Drehachse in axialer Richtung dem Laufrad zugeführt. Der zugeführte Luftstrom kann bei einem Staubsauger zum Erzielen der Saugwirkung genutzt werden. Die Schaufeln des Laufrads können an einer Grundscheibe des Laufrads angeordnet sein oder auch zumindest teilweise frei stehen. Wenn im vorliegenden Zusammenhang von „Peripherie“ oder „Umfangsfläche“ des Laufrads die Rede ist, so ist damit eine im Wesentlichen zylindrische Fläche gemeint, die die radial äußeren Kanten der Schaufeln des Laufrads bei einer Drehung des Laufrads erzeugen.
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Das Radialgebläse umfasst weiterhin eine Nachleiteinrichtung, die zum Umlenken des von dem rotierenden Laufrad erzeugten Luftstroms in eine axiale Richtung dient und die nicht drehbar ausgebildet ist. Dass der Luftstrom eine axiale Richtung aufweist, bedeutet in diesem Fall, dass zumindest eine mittlere Strömungsrichtung des Luftstroms eine axial gerichtete Komponente aufweist; zusätzlich können auch radiale und/oder tangentiale Komponenten der Strömungsrichtung vorhanden sein. Die Nachleiteinrichtung ist dabei als Plattendiffusor ausgebildet, der eine in axialer Richtung benachbart zum Laufrad angeordnete Diffusorplatte, eine diese radial außenseitig umgebende Ringwand und eine das Laufrad zumindest teilweise umschließende Haube aufweist. Die Diffusorplatte ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und in einer zur Drehachse senkrechten Ebene vorzugsweise in einem geringen Abstand zum Laufrad angeordnet, wobei die Drehachse die Diffusorplatte in einem zentralen Bereich durchstößt. Die Ringwand kann mit der Haube verbunden oder einstückig mit dieser ausgebildet sein. Die Haube und/oder die Ringwand können Teil eines Gehäuses des Radialgebläses sein. Der Durchmesser der Diffusorplatte ist größer als der Durchmesser des Laufrads; das Verhältnis des Außendurchmessers des Laufrads zu dem der Diffusorplatte 13 beträgt insbesondere 0,8 bis 0,9. Dadurch wird zwischen der Haube, dem Laufrad und der Diffusorplatte ein umfangsmäßig durchgehender Ringraum gebildet, in den der erzeugte Luftstrom vom Laufrad gefördert wird. In dem Ringraum entsteht eine Luftströmung, die eine zumindest teilweise radial nach außen gerichtete Strömungsrichtung hat, die aufgrund der Mitnahme der Luft durch die Schaufeln des Laufrads eine tangentiale Komponente aufweisen kann.
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Die Diffusorplatte liegt mit ihrer Außenkante zumindest punktuell an der Ringwand an oder ist zumindest punktuell mit dieser verbunden. Zwischen der Außenkante der Diffusorplatte und der Innenseite der Ringwand wird durch Ausnehmungen der Diffusorplatte eine Mehrzahl von entlang des Außenumfangs der Diffusorplatte verteilten Öffnungen gebildet, die einen Luftdurchtritt von dem Ringraum in einen auf der dem Laufrad gegenüberliegenden Seite der Diffusorplatte gebildeten Raum ermöglichen. In dem letzteren Raum können Führungskanäle angeordnet sein, durch die der Luftstrom im weiteren Verlauf geführt wird; die Führungskanäle können beispielsweise durch an der Diffusorplatte angeordnete Rippen gebildet werden und den erzeugten Luftstrom radial einwärts bis in die Nähe der Drehachse führen, wo der Luftstrom in axialer Richtung umgelenkt und sodann zur Kühlung des Motors genutzt werden kann. Im Bereich einer jeden Öffnung weist die Außenkante der Diffusorplatte aufgrund der im Ringraum herrschenden Strömungsrichtung des Luftstroms mindestens einen vom Luftstrom angeströmten und mindestens einen vom Luftstrom überströmten Kantenabschnitt auf. In einem angeströmten Kantenabschnitt ist die Strömungsrichtung, die in der Regel eine radiale und eine tangentiale Komponente aufweist, gegen die Kante gerichtet, und in einem überströmten Kantenabschnitt von der Kante fortgerichtet. Die Außenkante der Diffusorplatte kann weitere Kantenabschnitte aufweisen, beispielsweise einen tangential verlaufenden Kantenabschnitt, der an der Ringwand anliegen kann. Vorzugsweise ist die dem Laufrad zugewandte Seite der Diffusorplatte im Wesentlichen eben ausgebildet, so dass der angeströmte und der überströmte Kantenabschnitt in einer Ebene, nämlich in der Ebene der Diffusorplatte, liegen.
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Erfindungsgemäß ist die Außenkante der Diffusorplatte derart ausgebildet, dass mindestens ein, vorzugsweise jeder angeströmte Kantenabschnitt in einem Winkel von mindestens 50º und höchstens 65º zu einer auf die Drehachse bezogen radialen Richtung verläuft. Der mindestens eine angeströmte Kantenabschnitt kann insbesondere mit einem am inneren Ende des angeströmten Kantenabschnitts anschließenden Kantenabschnitt einen stumpfen Winkel bilden.
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Dadurch, dass mindestens ein, bevorzugt jeder angeströmte Kantenabschnitt einen Winkel von mindestens 50º und höchstens 65º zu einer radialen Richtung einschließt, kann insbesondere gewährleistet werden, dass der angeströmte Kantenabschnitt in keinem Bereich senkrecht, auch nicht näherungsweise senkrecht, zur Strömungsrichtung der Luft in dem Ringraum steht. Hierdurch ist es erreichbar, dass beim Anströmen des angeströmten Kantenabschnitts die Luft weniger stark abgebremst wird und somit ein höherer Luftvolumenstrom ermöglicht wird. Ferner ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass die Schwingungsamplitude von Druckschwankungen, die beim Anströmen der Kante durch den aufgrund der Beschaufelung des Laufrades pulsierenden Luftvolumenstrom entstehen und die wesentlich zu dem vom Gebläse erzeugten Schallpegel beitragen, bei Einhalten des genannten Winkelbereichs der angeströmten Kante reduziert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird somit ein Radialgebläse geschaffen, bei dem insbesondere in einem Arbeitsbereich eines Staubsaugers ein verbesserter aerodynamischer Wirkungsgrad und/oder eine Reduzierung der Geräuschemission ermöglicht wird.
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Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorzugsweise bildet der mindestens eine bzw. jeder angeströmte Kantenabschnitt einen Winkel von mindestens 50º und höchstens 60º, besonders bevorzugt von etwa 55º mit einer radialen Richtung. Hierdurch werden ein besonders hoher Wirkungsgrad und/oder ein besonders niedriger Schallpegel ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine angeströmte Kantenabschnitt im Wesentlichen gerade ausgebildet. Dies ermöglicht bei einer besonders einfachen Ausführung einen hohen Wirkungsgrad bei einem niedrigen Schallleistungspegel.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der mindestens eine angeströmte Kantenabschnitt gekrümmt oder abschnittsweise gerade ausgebildet und schließt mit einer auf die Drehachse bezogen radialen Richtung einen Winkel von mindestens 50º und höchstens 65º ein. Vorzugsweise ist genau ein angeströmter Kantenabschnitt vorgesehen, und dieser ist konkav gekrümmt ausgebildet, wobei eine gerade Verbindungslinie zwischen einem radial äußeren und einem radial inneren Endpunkt des angeströmten Kantenabschnitts einen Winkel von etwa 65º mit einer radialen Richtung bildet. In besonders vorteilhafter Weise ist der angeströmte Kantenabschnitt derart konkav gekrümmt ausgebildet, dass die Fläche der von diesem begrenzten Öffnung der Diffusorplatte gleich der Fläche einer solchen Öffnung ist, die durch einen gerade ausgebildeten angeströmten Kantenabschnitt, der denselben äußeren Endpunkt hat und mit einer radialen Richtung einen Winkel von 55º einschließt, begrenzt wird. Hierdurch ist ebenfalls ein besonders hoher Wirkungsgrad und/oder ein besonders niedriger Schallpegel erzielbar.
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Vorzugsweise weist jede Öffnung nur einen angeströmten Kantenabschnitt auf, wobei jeder Öffnung ein auf der dem Laufrad gegenüberliegenden Seite der Diffusorplatte ausgebildeter Führungskanal zugeordnet ist, der durch eine Innenwand und eine Außenwand gebildet wird, und der mit seiner Innenwand an einen inneren Endpunkt und mit seiner Außenwand an einen äußeren Endpunkt des einen angeströmten Kantenabschnitts anschließt. Der angeströmte Kantenabschnitt überdeckt somit den Führungskanal. Die Innenwand und die Außenwand können als Rippen der Diffusorplatte ausgebildet sein, wobei jeweils eine Rippe gleichzeitig die Außenwand eines Führungskanals und die Innenwand eines benachbarten Führungskanals ist. Die Führungskanäle können auf der der Diffusorplatte abgewandten Seite offen oder zumindest abschnittsweise durch einen Boden abgeschlossen sein. Die Führungskanäle dienen zu einer Führung des erzeugten Luftstroms insbesondere in einer schräg nach innen gerichteten Richtung, d.h. mit einer Strömungsrichtung mit einer radial nach innen gerichteten und einer tangentialen Komponente. Dadurch, dass der einer Öffnung zugeordnete Führungskanal jeweils an den angeströmten Kantenabschnitt anschließt, wird eine maximale Querschnittsfläche des Führungskanals und dadurch ein besonders hoher Wirkungsgrad des Gebläses ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise kann es weiter vorgesehen sein, dass jede Öffnung nur einen überströmten Kantenabschnitt aufweist, wobei der innere Endpunkt des angeströmten Kantenabschnitts mit dem inneren Endpunkt des überströmten Kantenabschnitts zusammenfällt. Vorzugsweise ist entlang dem überströmten Kantenabschnitt eine Fortsetzung der Innenwand des Führungskanals und vom äußeren Endpunkt des überströmten Kantenabschnitts bis zur Eintrittsöffnung in den Führungskanal eine in den Führungskanal mündende, schräg absteigende Rampe angeordnet. Das Ende der schrägen Rampe kann gemeinsam mit den anschließenden Bereichen der Innenwand und der Außenwand des Führungskanals sowie mit dem angeströmten Kantenabschnitt eine Eintrittsöffnung in den Führungskanal definieren. Im Bereich der schrägen Rampe bzw. der Eintrittsöffnung weist die Strömungsrichtung des durch die Eintrittsöffnung eintretenden Luftstroms auch eine axiale Komponente auf. Hierdurch wird eine besonders effiziente Führung des Luftstroms ermöglicht.
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Hinsichtlich ihrer Ausdehnung senkrecht zur axialen Richtung erstreckt sich die Eintrittsöffnung in Richtung der Drehachse über den Radius des Laufrads hinaus; mit anderen Worten, Eintrittsöffnung und Laufrad überdecken sich, wenn man das Radialgebläse in Richtung der Drehachse betrachtet. Das ist dadurch erreichbar, dass die Innenwand des Führungskanals am Ort der Eintrittsöffnung einen geringeren Abstand von der Drehachse aufweist als der äußere Rand des Laufrads. Dadurch ist vorteilhafterweise ein möglichst großer Volumenstrom durch die Eintrittsöffnung erreichbar. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem Abstand der drehachsenseitigen Begrenzung der Eintrittsöffnung von der Drehachse und dem Radius des Laufrads weniger als 0,95, besonders vorzugsweise weniger als 0,9. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem Abstand der drehachsenseitigen Begrenzung der Eintrittsöffnung von der Drehachse und dem Radius des Laufrads mehr als 0,75, besonders vorzugsweise mehr als 0,8, zum Beispiel 0,83. Ein nicht zu kleiner Abstand der drehachsenseitigen Begrenzung der Eintrittsöffnung von der Drehachse kann eine Druckrückgewinnung im der Eintrittsöffnung nachgelagerten Bereich des Radialgebläses sicherstellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine überströmte Kantenabschnitt zumindest abschnittsweise schräg zu einer auf die Drehachse bezogen radialen Richtung, insbesondere in einem Winkel von mindestens 50º zu der radialen Richtung angeordnet. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist erkannt worden, dass an einer überströmten Kante ein Kantenwirbel entstehen kann, der ebenfalls eine Schallquelle darstellen kann. Weiterhin kann der Kantenwirbel die freie Ausströmung aus dem Laufrad behindern und somit auch den Wirkungsgrad des Gebläses nachteilig beeinflussen. Dadurch, dass der überströmte Kantenabschnitt schräg zur radialen Richtung orientiert ist, wird die Ausbildung eines solchen Kantenwirbels reduziert bzw. unterdrückt, wodurch der Wirkungsgrad weiter erhöht und der Schallleistungspegel weiter reduziert werden können.
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In vorteilhafter Weise ist der überströmte Kantenabschnitt zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgebildet, insbesondere in einer solchen Art bogenförmig, dass der Krümmungsmittelpunkt der Krümmung des überströmten Kantenabschnitts radial innerhalb, jedoch gegen die Drehachse versetzt angeordnet ist. Der überströmte Kantenabschnitt kann auch abschnittsweise gerade ausgebildet sein. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, dass der überströmte Kantenabschnitt in jedem Teilabschnitt einen Winkel von mindestens 50º und maximal 90º zu einer radialen Richtung bildet. Sofern der überströmte Kantenabschnitt einen Teilabschnitt in Form eines Kreisbogens mit der Drehachse als Mittelpunkt umfasst, ist es vorteilhaft, dass ein oder jeder weitere Teilabschnitt des überströmten Kantenabschnitts einen Winkel von mindestens 50º und maximal 90º zu einer radialen Richtung einschließt. Hierdurch wird eine besonders verlustfreie und schallarme Überströmung ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Außenkante der Diffusorplatte derart ausgebildet, dass der mindestens eine überströmte Kantenabschnitt einen Teilabschnitt aufweist, der als Kreisbogen, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, und somit als tangential verlaufender Teilabschnitt ausgebildet ist. Ein oder mehrere weitere Teilabschnitte des überströmten Kantenabschnitts können in einem Winkel zu einer tangentialen Richtung verlaufen. Dadurch, dass der mindestens eine überströmte Kantenabschnitt einen als Kreisbogen mit der Drehachse als Mittelpunkt geformten Teilabschnitt aufweist, kann ein besonders großer Querschnitt der vom Luftstrom durchströmten Durchtrittsöffnungen und somit ein hoher aerodynamischer Wirkungsgrad erreicht werden, wobei ein erzeugter Schallleistungspegel dennoch auf einem niedrigen Niveau bleibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mehrzahl von Öffnungen gleichmäßig am Umfang der Diffusorplatte verteilt und weisen insbesondere eine jeweils gleiche Form und Größe auf. Hierdurch werden eine Vereinfachung der Herstellung ebenso wie eine besonders gleichmäßige Luftführung ermöglicht.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass der äußere Endpunkt des angeströmten Kantenabschnitts einer ersten Öffnung dem äußeren Endpunkt des überströmten Kantenabschnitts einer zweiten Öffnung benachbart ist oder mit diesem übereinstimmt. Vorzugsweise gilt dies für jede Öffnung, so dass die Öffnungen nahezu lückenlos aneinander anschließen und praktisch den gesamten Außenumfang der Diffusorplatte einnehmen; eine Berührung mit der Ringwand, die die Öffnung nach außen begrenzt, erfolgt somit nur punktuell, nämlich an den äußeren Endpunkten der angeströmten bzw. überströmten Kantenabschnitte. Hierdurch wird es ermöglicht, die Öffnungen mit einer maximalen Fläche auszubilden, so dass ein besonders hoher Luftvolumenstrom bzw. ein besonders niedriger Strömungswiderstand ermöglicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen außerhalb der von den Schaufeln des Laufrads überstrichenen Fläche der Diffusorplatte angeordnet. Dies bedeutet, dass der innere Endpunkt des angeströmten wie des überströmten Kantenabschnitts sich bei einem größeren oder gleichen Abstand von der Drehachse befinden, als dem auf die Drehachse bezogenen Radius der äußeren Enden der Schaufeln des Laufrads entspricht. Sofern der überströmte Kantenabschnitt einen als Kreisbogen mit einem auf der Drehachse liegenden Mittelpunkt ausgebildeten Teilabschnitt aufweist, ist es besonders vorteilhaft, dass der Kreisbogen einen Radius aufweist, der etwa dem Außenradius des Laufrads entspricht. Hierdurch wird nicht nur eine maximale Nutzung der Durchtrittsfläche der Öffnungen, sondern auch eine effizientere Führung des Luftstroms ermöglicht.
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In weiter vorteilhafter Weise ist die Diffusorplatte mit der Ringwand einstückig ausgebildet oder die Diffusorplatte und die Ringwand sind mit einem geeigneten Fügeverfahren, etwa Ultraschallschweißen oder Kleben, verbunden. Die Diffusorplatte stellt gemeinsam mit der Ringwand somit einen Umlenkkörper dar, der den Luftstrom aus dem Ringraum zur weiteren Nutzung in axialer Richtung sowie ggf. radial nach innen umlenkt. Der Umlenkkörper, wie beispielsweise auch das Laufrad und die Haube, bestehen bevorzugt aus Kunststoff. Hierdurch wird eine besonders einfache Herstellung und/oder Montage ermöglicht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
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Es zeigen schematisch:
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1 ein Radialgebläse gemäß den beiden nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung in einem axialen Längsschnitt;
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2 das Laufrad des Radialgebläses gemäß 1 sowie eine Nachleiteinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
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3 eine Nachleiteinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
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4 die Nachleiteinrichtung gemäß 3 mit dem Laufrad in einer schematischen Draufsicht;
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5 eine Nachleiteinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Laufrad in einer schematischen Draufsicht;
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6 die Nachleiteinrichtungen gemäß 3 bis 5 mit dem Laufrad in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht.
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Ausführliche Beschreibung anhand zweier Ausführungsbeispiele
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Bei der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht in allen Figuren alle Bezugszeichen dargestellt.
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In 1 ist in einem axialen Längsschnitt ein beispielsweise für einen akkubetriebenen Handstaubsauger geeignetes Radialgebläse 1 gezeigt, das ein Laufrad 2, eine Nachleiteinrichtung 3 und einen Elektromotor 4 umfasst. Das Laufrad 2 besteht aus einer scheibenförmigen Grundplatte 5 und einer ebenfalls scheibenförmigen, im zentralen Bereich leicht hochgewölbten Deckplatte 6, zwischen denen eine Mehrzahl von Schaufeln 7 angeordnet ist. Das Laufrad 2 ist drehbar gelagert und wird von dem Elektromotor 4 über eine Welle 8 angetrieben. Die Drehachse der Welle 8 bzw. des Laufrads 2 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Der Motor umfasst, wie in 1 symbolisch gezeigt ist, einen Stator 10 und einen mit der Welle 8 verbundenen Rotor 11 und weist eine Mehrzahl von Wicklungen 12 auf, die vom Antriebsstrom des Elektromotors durchflossen werden.
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Die Nachleiteinrichtung 3 ist als Plattendiffusor ausgebildet und umfasst eine kreisförmige Diffusorplatte 13, die eine im Wesentlichen ebene Oberseite aufweist und parallel zur Grundplatte 5 des Laufrads 2 in einem geringen Abstand unterhalb dieser angeordnet ist. Der Außendurchmesser der Diffusorplatte 13 ist größer als der Außendurchmesser des Laufrads 2. An ihrem äußeren Rand ist die Diffusorplatte 13 mit einer kurzzylindrisch ausgebildeten Ringwand 14 verbunden. Ferner weist die Diffusorplatte 13 an ihrer Unterseite eine Mehrzahl an Rippen 15 auf, die nach unten offene Führungskanäle 16 bilden, durch die eine durch in 1 nicht dargestellte Luftdurchtrittsöffnungen durch die Diffusorplatte 13 hindurchgetretene Luftströmung radial einwärts geführt wird. Im Randbereich der Diffusorplatte 13 sind unterhalb der Luftdurchtrittsöffnungen schräge Rampen 43 angeordnet, die die durch die Öffnungen hindurchtretende Luft in die Führungskanäle 16 hineinleiten. Im achsennahen Bereich weist die Diffusorplatte 13 eine Schräge 18 zur weiteren Umlenkung des Luftstroms in eine radiale Richtung auf. Das Radialgebläse weist ferner ein Gehäuse 19 auf, das aus einem Gehäuseunterteil 20, einer Haube 21 und einem Ansaugflansch 22 sowie gegebenenfalls weiteren, in 1 nicht gezeigten Komponenten besteht. Die Diffusorplatte 13 mit der Ringwand 14 ist im Gehäuse 19 feststehend angeordnet. Die Haube 21 umschließt das Laufrad 2 sowie teilweise die Diffusorplatte 13 und die Ringwand 14, wobei zwischen der Peripherie, d.h. der äußeren Umfangsfläche des Laufrads 2, der Oberseite der Diffusorplatte 13 und der Innenseite der Haube 21 ein Ringraum 23 gebildet wird. Der Ringraum 23 ist entlang des Umfangs des Laufrads 2 durchgehend ausgebildet und enthält selbst keine strömungsleitenden Elemente.
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Wird das Laufrad 2 von dem Elektromotor 4 über die Welle 8 in einer durch den Pfeil 24 angedeuteten, vorgegebenen Drehrichtung in Drehung versetzt, so erzeugt das Laufrad 2 mit Hilfe der Schaufeln 7 einen zumindest teilweise radial nach außen gerichteten Luftstrom, wie in 1 durch die Pfeile angedeutet ist. Zum Ersatz der von dem Laufrad nach außen geförderten Luft wird Luft entlang der Drehachse 9 durch den Ansaugflansch 22 angesaugt, der bei einem Staubsauger beispielsweise mit einem Saugschlauch in Verbindung stehen kann. Die nach außen geförderte Luft gelangt zunächst in den Ringraum 23, wo sie aufgrund der Mitnahme durch die Schaufeln 7 auch eine tangential zur Drehachse 9 gerichtete Bewegung ausführt. Durch die in 1 nicht gezeigten Öffnungen in der Diffusorplatte 13 gelangt der erzeugte Luftstrom über die Rampe 43 in den Raum unterhalb der Diffusorplatte 13 und in die Führungskanäle 16, durch die er unter Beibehaltung einer Tangentialkomponente radial einwärts geführt wird. Im achsennahen Bereich der Diffusorplatte 13 wird der Luftstrom durch die Schräge 18 weiter in axiale Richtung umgelenkt und gelangt zum Elektromotor 4, wo er zur Kühlung der Wicklungen 12 genutzt werden kann. Durch Auslassöffnungen 25 gelangt der Luftstrom schließlich in den Außenbereich des Gebläses 1. Die radiale und die axiale Komponente der Strömungsrichtung des erzeugten Luftstroms sind in der in 1 gezeigten Schnittdarstellung anhand der Pfeile zu erkennen.
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In 2 und 3 sind in perspektivischer Ansicht das Laufrad 2 gemäß 1 und eine erfindungsgemäß ausgebildete Nachleiteinrichtung 31 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, wobei aus Darstellungsgründen die Haube 21 weggelassen worden ist. Wie in 2 zu erkennen ist, weist das Laufrad 2 eine Grundplatte 5 und eine Deckplatte 6 auf, zwischen denen mehrere, beispielsweise 13, senkrecht stehende, bogenförmig gekrümmte Schaufeln 7 angeordnet sind. Die Schaufeln 7 sind in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet und überlappen einander, wobei jede Schaufel von der Drehachse gesehen jeweils einen Winkel von ca. 50º überdeckt. Die Deckplatte 6 weist eine mittige Aussparung 26 auf, die ein axiales Nachströmen von Luft in den zentralen Bereich des Laufrads 2 ermöglicht. In der Grundplatte 5 ist eine Bohrung 27 eingebracht, in die zum Antrieb des Laufrads 2 die mit dem Rotor 11 des Elektromotors 4 verbundene Welle 8 eingesetzt und mit dem Laufrad 2 verbunden werden kann (s. 1). Wird das Laufrad 2 in der vorgegebenen Drehrichtung bewegt, so wird durch die schrägstehenden, rückwärts gekrümmten Schaufeln 7 ein schräg nach außen gerichteter Luftstrom erzeugt. Unterhalb der Grundplatte 5 und parallel zu dieser ist die Diffusorplatte 32 angeordnet, deren Außenkante mit der Ringwand 14 eine Mehrzahl von Öffnungen 33 definiert. Durch die Öffnungen 33 tritt der Luftstrom aus dem außen an das Laufrad 2 anschließenden Ringraum, der nach oben und nach außen durch die in 2 nicht dargestellte Haube 21 begrenzt wird (s. 1), in den Raum unterhalb der Diffusorplatte 32 ein. Dort wird der Luftstrom, wie zu 1 erläutert, radial nach innen geführt und schließlich wieder in axialer Richtung umgelenkt.
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Auch in 3 sind das Laufrad 2 und die Haube 21 nicht gezeigt (s. 1). Die zwischen der Ringwand 14 und der äußeren Kante der Diffusorplatte 32 ausgebildeten acht Öffnungen 33 sind entlang des Umfangs der Diffusorplatte 32 gleichmäßig verteilt sind. Nach außen wird jede Öffnung 33 durch die Innenwand der kurzzylindrischen Ringwand 14 begrenzt. Nach innen wird jede Öffnung 33 durch einen angeströmten Kantenabschnitt 34 und einen überströmten Kantenabschnitt 35 der Außenkante der Diffusorplatte 32 begrenzt. Weder der angeströmte Kantenabschnitt 34 noch der überströmte Kantenabschnitt 35 verlaufen hierbei in radialer Richtung. Insgesamt hat die Öffnung 33 näherungsweise die Form eines stumpfwinkligen gleichschenkligen Dreiecks, wobei die Seite, die durch die Ringwand 14 definiert wird, und die Seite, die durch den überströmten Kantenabschnitt 35 gebildet wird, jeweils bogenförmig mit nach außen gerichteter Ausbauchung gekrümmt sind. Der angeströmte Kantenabschnitt 34 ist im Wesentlichen gerade ausgebildet. Im Übrigen ist das Radialgebläse gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wie zuvor zu den 1 und 2 erläutert ausgebildet. Insbesondere ist das Laufrad 2 wie zuvor beschrieben ausgebildet und benachbart zur Oberseite der Diffusorplatte 32 angeordnet. Zur Durchführung der Welle 8 zum Antrieb des Laufrads 2 weist die Diffusorplatte 32 eine zentrale Bohrung 36 auf.
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Die Diffusorplatte 32 gemäß 3 ist in 4 zusammen mit dem Laufrad 2 nochmals schematisch in Draufsicht dargestellt. In der Mitte der kreisförmigen Grundplatte 5 ist zum Antrieb des Laufrads 2 die Welle 8 befestigt. Auf der Grundplatte 5 stehen die schrägen, rückwärts gebogenen Schaufeln 7. Die Grundplatte 5 überdeckt den zentralen Bereich der Diffusorplatte 32. Das Verhältnis des Außendurchmessers D der Grundplatte 5 bzw. des Laufrads 2 zu dem Außendurchmesser D‘ der Diffusorplatte 32 beträgt etwa 0,88. Durch die Pfeile 37 ist in 4 die Strömungsrichtung der von dem Laufrad 2 geförderten Luft relativ zum Laufrad 2 angedeutet. Die Deckplatte 6 des Laufrads 2 (s. 1 und 2) ist in 4 nicht dargestellt.
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Die Diffusorplatte 32 weist randseitige Ausnehmungen auf, die zusammen mit der Ringwand 14 eine Mehrzahl von Öffnungen 33 bilden; zur Verdeutlichung ist eine der Öffnungen 33 in 4 durch eine Schraffur gekennzeichnet. Außenseitig werden die Öffnungen 33 durch die Ringwand 14 begrenzt. Innenseitig werden die Öffnungen 33 durch die äußere Kante der Diffusorplatte begrenzt, die im Bereich der Öffnungen einen angeströmten Kantenabschnitt 34 und einen überströmten Kantenabschnitt 35 aufweist. Die Öffnungen 33 werden durch das Laufrad 2 nicht überdeckt, d.h. der Abstand der Öffnungen 33 von der Drehachse ist mindestens so groß wie der Radius des Laufrads 2. Der angeströmte Kantenabschnitt 34 ist gerade, während der überströmte Kantenabschnitt 35 bogenförmig konvex gekrümmt ausgebildet ist. Der angeströmte Kantenabschnitt 34 bildet mit einer radialen Richtung einen Winkel γ = 55º. Der überströmte Kantenabschnitt 35 schließt in jedem Punkt mit einer radialen Richtung einen Winkel θ von mehr als 50º und weniger als 90º ein; in 4 ist der Winkel θ zwischen einer jeweiligen Tangente an den überströmten Kantenabschnitt 35 und einer jeweiligen radialen Richtung im inneren Endpunkt 39 und im äußeren Endpunkt 40 des überströmten Kantenabschnitts 35 eingetragen. Die Pfeile 38 zeigen die Strömungsrichtung des vom Laufrad 2 geförderten Luftstroms im Ringraum außerhalb des Laufrads 2 und oberhalb der Diffusorplatte 32 relativ zu dieser. Beim Austritt aus dem Laufrad 2 weist die Strömungsrichtung der Luft einen Winkel von weniger als 30º zu einer tangentialen Richtung auf.
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Unterhalb der Diffusorplatte 32 wird der Luftstrom durch in 4 nicht gezeigte Führungskanäle geführt. Zur Verbesserung des Eintritts des Luftstroms in die Führungskanäle ist im Bereich der Öffnung 33 jeweils eine Rampe 43 angeordnet, die im Bereich des äußeren Endpunkts 40 der überströmten Kante 35 auf der Ebene der Oberseite der Diffusorplatte 32 beginnt und zur angeströmten Kante 34 abfällt, so dass zwischen der Rampe 43 und der angeströmten Kante 34 eine Einlassöffnung für den Eintritt der Luft in den Führungskanal 16 gebildet wird. Der innere Endpunkt 39 der angeströmten Kante 34 und der überströmten Kante 35 fallen zusammen. Ebenso fallen der äußere Endpunkt 40 der angeströmten Kante einer benachbarten Öffnung 33 und der überströmten Kante 35 zusammen.
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In 5 ist eine Diffusorplatte 48 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit dem Laufrad 2 vereinfacht in Draufsicht dargestellt. Auch diese Diffusorplatte 48 kann wie die in den 3 und 4 dargestellte Diffusorplatte 32 in dem Radialgebläse gemäß 1 verwendet werden, so dass ein mit der Diffusorplatte 48 ausgestattetes Radialgebläse dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht.
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Im Unterschied zu der Diffusorplatte 32 gemäß 3 und 4 ist bei der in 5 gezeigten Diffusorplatte 48 der überströmte Kantenabschnitt 49 mit zwei Teilabschnitten 46, 47 ausgebildet. Ein erster Teilabschnitt 46 des überströmten Kantenabschnitts 49 schließt an den angeströmten Kantenabschnitt 29 an, wobei der erste Teilabschnitt 46 die Form eines Kreisbogens hat, dessen Mittelpunkt im Zentrum der Diffusorplatte 48 liegt, d.h. auf der Drehachse des Laufrads 2 bzw. im Mittelpunkt der zentralen Bohrung 36 (s. 3). Der Radius des Kreisbogens entspricht dem Radius des Laufrads 2, so dass der erste Teilabschnitt 46 etwa in Verlängerung der Umfangsfläche des Laufrads 2 zu liegen kommt. Ein zweiter Teilabschnitt 47 des überströmten Kantenabschnitts 30 ist bogenförmig ausgebildet und bildet mit einer radialen Richtung einen Winkel θ zwischen 50º und 90º, im dargestellten Beispiel von ca. 80º, d.h. mit einer tangentialen Richtung einen Winkel von ca. 10º. Der Einfachheit halber sind in 5 nur zwei Öffnungen 50 mit einem derart ausgebildeten überströmten Kantenabschnitt 49 dargestellt; die übrigen Öffnungen sind ebenso ausgebildet, in 5 jedoch nur symbolisch angedeutet. Hinsichtlich des angeströmten Kantenabschnitts 34 sowie im Übrigen ist die Diffusorplatte 48 wie die zu 3 und 4 beschriebene Diffusorplatte 32 ausgebildet, wobei die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben. Die Strömungsrichtung eines unterhalb der Diffusorplatte 48 in einem Führungskanal 16 geführten Luftstroms ist in 5 durch die gestrichelten Pfeile 41 angedeutet.
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Der Durchtritt des Luftstroms durch die Diffusorplatte 32 ist in der in 6 dargestellten, teilweise geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Der durch die Pfeile 42 angedeutete Luftstrom gelangt aus dem Ringraum 23 durch die in 6 nicht gezeigte Öffnung 33 (s. 3, 4) in den Raum unterhalb der Diffusorplatte 32. Dabei wird der Luftstrom durch eine schräge Rampe 43 geführt, die am äußeren Endpunkt 40 der überströmten Kante 35 beginnt (s. 4). Seitlich ist der Luftstrom in diesem Bereich einerseits durch die Ringwand 14 und andererseits durch eine entlang der überströmten Kante 35 verlaufende oder leicht nach innen versetzte, senkrechte Seitenwand 44 geführt. Der Luftstrom gelangt sodann durch die zwischen der Diffusorplatte 32 im Bereich des angeströmten Kantenabschnitts 34 und dem Ende der Rampe 43 gebildete, leicht schräg zu einer axialen Richtung stehende Eintrittsöffnung 45 in den Raum unterhalb der Diffusorplatte 32, wo ein Führungskanal 16 zur weiteren Führung der Luft dient (in 6 nicht gezeigt). Zur Verdeutlichung sind zwei Eintrittsöffnungen in 6 schraffiert dargestellt. Bei einem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung (s. 5) ausgebildeten Radialgebläse erfolgt der Durchtritt des Luftstroms durch die Diffusorplatte 48 in entsprechender Weise wie in 6 für die erste Ausführungsform (s. 3, 4) dargestellt.
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Wie in 6 ebenfalls erkennbar, hat die äußere Seitenwand 44 der Rippe 15 einen geringeren Abstand von der Drehachse aufweist als der äußere Rand des Laufrads 2. Dadurch erstreckt sich die Eintrittsöffnung 45 in Richtung der Drehachse 9 über den Radius des Laufrads 2 hinaus, sodass sich Eintrittsöffnung 45 und Laufrad 2 überdecken. Das Verhältnis zwischen dem Abstand der drehachsenseitigen Begrenzung der Eintrittsöffnung 45 von der Drehachse 9 und dem Radius des Laufrads 2 beträgt 0,83.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialgebläse
- 2
- Laufrad
- 3
- Nachleiteinrichtung
- 4
- Elektromotor
- 5
- Grundplatte
- 6
- Deckplatte
- 7
- Schaufel
- 8
- Welle
- 9
- Drehachse
- 10
- Stator
- 11
- Rotor
- 12
- Wicklung
- 13
- Diffusorplatte
- 14
- Ringwand
- 15
- Rippe
- 16
- Führungskanal
- 17
- Rampe
- 18
- Schräge
- 19
- Gehäuse
- 20
- Gehäuseunterteil
- 21
- Haube
- 22
- Ansaugflansch
- 23
- Ringraum
- 24
- Pfeil
- 25
- Auslassöffnung
- 26
- Aussparung
- 27
- Bohrung
- 29
- Angeströmter Kantenabschnitt
- 30
- Überströmter Kantenabschnitt
- 31
- Nachleiteinrichtung
- 32
- Diffusorplatte
- 33
- Öffnung
- 34
- Angeströmter Kantenabschnitt
- 35
- Überströmter Kantenabschnitt
- 36
- Bohrung
- 37
- Pfeil
- 38
- Pfeil
- 39
- Endpunkt
- 40
- Endpunkt
- 41
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 43
- Rampe
- 44
- Seitenwand
- 45
- Eintrittsöffnung
- 46
- Erster Teilabschnitt
- 47
- Zweiter Teilabschnitt
- 48
- Diffusorplatte
- 49
- Überströmter Kantenabschnitt
- 50
- Öffnung
- γ
- Winkel der angeströmten Kante
- θ
- Winkel des zweiten Teilabschnitts des überströmten Kantenabschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0773620 B1 [0004]
- JP 11-206630 A [0005]
- JP 2007002770 A [0006]
