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Die Erfindung betrifft eine Ventilatoreinrichtung, mit wenigstens einem Radialventilator, mit einem Ventilatorgehäuse, in dem ein um eine Rotationsachse rotatorisch angetriebenes Laufrad angeordnet ist, wobei das Ventilatorgehäuse eines sich in einer Umfangsrichtung des Laufrads spiralförmig herum streckende Leitwand aufweist, die in eine Luftausblasöffnung übergeht.
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Radialventilatoren können prinzipiell in zwei unterschiedliche Kategorien eingeordnet werden: Die eine Gruppe bilden Radialventilatoren mit Spiralgehäuse und die andere Gruppe freilaufende Radialventilatoren.
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Das Spiralgehäuse der Radialventilatoren aus der ersten Gruppe hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Es sammelt die aus dem Laufrad ausströmende Luft, führt sie zu einem gemeinsamen Austritt und wandelt einen Teil der Geschwindigkeitsenergie (dynamischer Druck) in Druckenergie (statischer Druck) durch die stetige Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung um (Diffusoreffekt). Bei freilaufenden Radialventilatoren wird die Luft im Laufrad in radialer Richtung umgelenkt und strömt dort am Schaufelaustrittsdurchmesser des Laufrads aus. Zur Erhöhung der statischen Wirkungsgrade sind bereits Diffusoren bekannt, bei denen die Deck- und Bodenscheibe des Laufrads über den Schaufelaustrittsdurchmesser hinausstehende äußere Randbereiche aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilatoreinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Ventilatoreinrichtungen mit freilaufendem Radialventilator einen verbesserten Wirkungsgrad bei kompakter Bauform aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventilatoreinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Ventilatoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitwand in Umfangsrichtung segmentiert ist und eine Mehrzahl für sich jeweils spiralförmig ausgebildete Leitwandsegmente aufweist, die jeweils in eine eigene Luftausblasöffnung übergehen, derart, dass das Ventilatorgehäuse eine Mehrzahl in Umfangsrichtung des Laufrads verteilt angeordnete Luftausblasöffnungen aufweist.
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Die Erfindung wählt nun einen Ansatz, Radialventilatoren mit Spiralgehäuse derart zu verbessern, dass die Vorteile des Spiralgehäuses – hohe Stabilität, gezielte Luftführung – beibehalten werden und der statische Wirkungsgrad soweit verbessert wird, dass die erfindungsgemäße Ventilatoreinrichtung mit dem Radialventilator mit Spiralgehäuse einen höheren Wirkungsgrad als der freilaufenden Radialventilator aufweist.
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Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Ventilatoreinrichtungen mit wenigstens einem Radialventilator mit Spiralgehäuse und einer einzelnen Luftausblasöffnung weist die erfindungsgemäße Ventilatoreinrichtung wenigstens zwei Luftausblasöffnungen auf, d.h. die aus dem Stand der Technik bekannte durch das Spiralgehäuse gebildete Einzel-Spirale wird erfindungsgemäß durch die segmentierte Leitwand in mehrere Teilspiralen aufgeteilt. Die im Laufrad radial umgelenkte Luft wird also im Gegensatz zum Stand der Technik nicht in einer Spirale gesammelt und zur Luftausblasöffnung befördert, sondern sie wird in mehreren Teilspiralen gesammelt und zur jeweiligen Luftausblasöffnung geführt.
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Dies wirkt sich neben der Steigerung des statischen Wirkungsgrad auch positiv auf die Bauabmessungen aus, die gegenüber herkömmlichen Radialventilatoren mit nur einer Luftausblasöffnung kleiner sind. Dadurch ist die erfindungsgemäße Ventilatoreinrichtung auch geeignet, bei gleichem zu fördernden Volumenstrom gegenüber herkömmlichen Radialventilatoren mit Spiralgehäuse, durch die wesentlich kompaktere Bauweise in jede Anordnung, die ein freies Ansaugen und ein freies Ausblasen ermöglicht, eingebaut zu werden, beispielsweise in kleinere Kanalquerschnitte von Lüftungs- oder Klimagehäusen, beispielsweise Klimakästen oder Klimakanälen.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Leitwandsegmente jeweils einen inneren Leitwandsegmentabschnitt und einen äußeren Leitwandsegmentabschnitt auf, wobei die Luftausblasöffnungen jeweils von den zueinander benachbarten inneren und äußeren Leitwandsegmentabschnitten der in der Umfangsrichtung des Laufrads jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend angeordneten Leitwandsegmente gebildet sind.
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In besonders bevorzugter Weise sind die Leitwandsegmente außen bogenförmig gekrümmt, wobei zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Leitwandsegmenten jeweils ein Luftausblasstutzen absteht, dessen Längsachse parallel oder im Winkel zu einer Tangente an das Laufrad ausgerichtet ist. Insgesamt können also wenigstens zwei Luftausblasstutzen vorgesehen sein, die jeweils die Luftausblasöffnungen begrenzen. Die Querschnittsfläche der Luftausblasöffnungen ist insbesondere rechteckig, beispielsweise quadratisch.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung liegen von den Luftausblasöffnungen sich wenigstens zwei diametral bezüglich der Rotationsachse des Laufrads gegenüber.
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Es ist möglich, dass das Ventilatorgehäuse eine rechteckige Grundform aufweist und sich die Luftausblasöffnungen an den Eckbereichen des Ventilgehäuses befinden.
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In besonders bevorzugter Weise sind vier in Umfangsrichtung des Laufrads verteilt angeordnete Luftausblasöffnungen vorgesehen. Die Luft kann in diesem Fall also von vier Teilspiralen gesammelt und zu den zugeordneten Luftausblasöffnungen gelenkt werden. Im Falle eines rechteckförmigen Ventilatorgehäuses und vier Luftausblasöffnungen, könnte das Ventilatorgehäuse auch als Quad-Gehäuse bezeichnet werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ventilatorgehäuse eine mit einer Ansaugöffnung versehene saugseitige Seitenwand und einer eine dieser gegenüberliegende antriebsseitige Seitenwand auf, der ein Ventilatorantrieb zugeordnet ist, wobei zwischen der saugseitigen Seitenwand und der antriebsseitigen Seitenwand das Laufrad aufgenommen ist.
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In besonders bevorzugter Weise weist die antriebsseitige Seitenwand eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines Ventilatorantriebs auf. Im Vergleich zu freilaufenden Radialventilatoren sind Radialventilatoren mit einem Ventilatorgehäuse stabiler und eignen sich daher zum direkten Anbau des Ventilatorantriebs an das Ventilatorgehäuse. Daher ist die Kombination des Ventilatorgehäuses und dem darin aufgenommenen Laufrad mit dem angebauten Ventilatorantrieb kompakter als der Antrieb plus Laufrad bei einem freilaufenden Radialventilator.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilatoreinrichtung ein Klimagehäuse auf, in dem der Radialventilator aufgenommen ist. Bei dem Klimagehäuse kann es sich beispielsweise um einen Klimakasten, der beispielsweise Bestandteil einer Klimazentrale sein kann, handeln. Alternativ kann es sich bei dem Klimagehäuse auch um einen Klimakanal handeln. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Radialventilator in einem Lüftungsgehäuse, beispielsweise Lüftungskanal, anzuordnen.
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In besonders bevorzugter Weise ist der Radialventilator derart in das Klimagehäuse eingesetzt ist, dass zwischen den Luftausblasöffnungen und einer zugeordneten Klimagehäusewand des Klimagehäuses eine Ausströmzone ausgebildet ist.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Klimagehäuse mehrere beispielsweise vier insbesondere rechtwinklig zueinander ausgerichtete Klimagehäusewände auf, denen jeweils eine Luftausblasöffnung des Radialventilators zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise bilden die Mündungsflächen der Luftausblasöffnungen und die jeweils zugeordneten Klimagehäusewände einen Winkel, sind also nicht parallel zueinander angeordnet, wodurch sich ein optimierter Luftaustritt verwirklichen lässt. Es ist also möglich, den Radialventilator ein Stückweit verdreht gegenüber den Klimagehäusewänden in das Klimagehäuse einzusetzen, wodurch die Luftausblasöffnungen in Richtung der Ecken zwischen den zueinander benachbarten Klimagehäusewänden fokussiert werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilatoreinrichtung eine unter einer Gehäusedecke hängende Zwischendecke auf, in der der Radialventilator aufgenommen ist.
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Es ist möglich, dass die Ventilatoreinrichtung einen oberhalb eines Gehäusebodens angeordneten Zwischenboden aufweist, in dem der Radialventilator aufgenommen ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung,
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2 eine Umfangsansicht der Ventilatoreinrichtung von 1,
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3 eine schematische Darstellung von verschiedenen Ventilatoreinrichtungen, zusammengefasst in einem Schaubild, die gemäß dem Stand der Technik eine einzelne Luftausblasöffnung oder erfindungsgemäß zwei oder vier Luftausblasöffnungen aufweisen,
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4 eine schematische Darstellung eines Ventilatorgehäuses einer Ventileinrichtung aus dem Stand der Technik,
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5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung mit zwei Luftausblasöffnungen,
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6 eine perspektivische Darstellung des Ventilatorgehäuses des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung mit vier Luftausblasöffnungen und
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7 eine Seitenansicht auf das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung, wobei der Radialventilator in einem Klimagehäuse eingesetzt ist.
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung 11. Der Hauptbestandteil der Ventilatoreinrichtung 11 ist ein Radialventilator 12 der ein Ventilatorgehäuse 13 besitzt, in dem ein um eine Rotationsachse 14 rotatorisch angetriebenes Laufrad 15 angeordnet ist.
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Das Ventilatorgehäuse 13 ist kastenförmig ausgebildet und besitzt zwei parallel zueinander ausgerichtete Seitenwände 17, 18, die beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei im Zwischenraum zwischen den beiden Seitenwänden das Laufrad 15 aufgenommen ist.
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Es ist eine saugseitige Seitenwand 17 vorgesehen, die mit einer Eintrittsöffnung (nicht dargestellt) versehen ist, die einen Ansaugdurchmesser definiert. Die Eintrittsöffnung befindet sich an der Außenseite der saugseitigen Seitenwand 17, wobei sich die durchströmende Fläche entsprechend der Kontur der saugseitigen Seitenwand 17 beispielseise trompetenförmig erweitern kann.
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Gegenüberliegend zur ansaugseitigen Seitenwand 17 ist die antriebsseitige Seitenwand 18 angeordnet. An der antriebsseitigen Seitenwand 18 befindet sich eine Befestigungsschnittstelle 19, an der der Ventilatorantrieb 16 befestigt ist. Wie insbesondere in 1 dargestellt, umfasst die Befestigungsschnittstelle 19 einen Antriebsträger 20 in Form eines Befestigungsflanschs, auf dem der Ventilatorantrieb 16 montiert ist. Bei dem Ventilatorantrieb 16 handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor, insbesondere um einen permanentmagneterregten Synchronmotor. Es ist jedoch auch möglich, den Ventilatorantrieb 16 als Asynchronmotor auszugestalten.
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Infolge der hohen Stabilität des Ventilatorgehäuses 13 lässt sich der Antriebsträger 20 mitsamt dem Ventilantrieb 16 direkt am Ventilatorgehäuse 13 an der Befestigungsschnittstelle 19 montieren. Hierzu wird der flanschartige Antriebsträger 20 an die Außenseite der antriebsseitigen Seitenwand 18 angesetzt und dort mittels geeigneter Befestigungsmittel befestigt, beispielsweise mittels Befestigungsschrauben angeschraubt. Die Antriebswelle des Ventilatorantriebs 16 ragt durch eine Öffnung ins Innere des Ventilatorgehäuses und trägt das Laufrad 15, das – wie erwähnt – im Betriebszustand im Innern des Ventilatorgehäuses 13 rotiert.
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Das Laufrad 15 besitzt einen Schaufelkranz 21, der aus mehreren Schaufeln 22 besteht, die beispielsweise von innen nach außen gegen die Laufrichtung geneigt sein können.
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Wie insbesondere in 1 dargestellt, sind die Schaufeln 22 beispielhaft in Form von rückwärts gekrümmten Schaufeln 22 dargestellt. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, rückwärts geneigte gerade Schaufeln 22 einzusetzen.
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Das Ventilatorgehäuse 13 des Radialventilators 12 ist als Spiralgehäuse ausgeführt, das die Aufgabe hat, die vom Laufrad 15 in radialer Richtung umgelenkte Luft zu sammeln und zu einem gemeinsamen Luftaustritt, einer Luftausblasöffnung 23, zu führen. Dabei wird ein Teil der Geschwindigkeitsenergie (dynamischer Druck) in Druckenergie (statischer Druck) durch die stetige Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung umgewandelt.
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Das Ventilatorgehäuse 13 besitzt hierzu eine sich in einer Umfangsrichtung 24 des Laufrads 15 spiralförmig herumstreckende Leitwand 25, die in die Luftausblasöffnung 23 übergeht. Die Leitwand 25 bildet den umfangsseitigen Abschluss der Seitenwände 17, 18 und bildet gemeinsam mit diesen das kastenförmige Ventilatorgehäuse 13.
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Der erfindungsgemäße Radialventilator 12 besitzt nun eine in Umfangsrichtung 24 segmentierte Leitwand 25, die eine Mehrzahl für sich jeweils spiralförmig ausgebildete Leitwandsegmente 27a–d aufweist, die jeweils in eine eigene Luftausblasöffnung 23a–d übergehen, derart, dass das Ventilatorgehäuse 13 eine Mehrzahl in Umfangsrichtung des Laufrads 15 verteilt angeordnete Luftausblasöffnungen 23a–d aufweist. Im gezeigten Beispielsfall ist die Leitwand 25 in vier Leitwandsegmente 27a–d segmentiert und es sind in Umfangsrichtung 24 des Laufrads 15 verteilt vier Luftausblasöffnungen 23a–d vorgesehen. Es ist selbstverständlich möglich, dass die Zahl der Leitwandsegmente 27a–d und die Zahl der Luftausblasöffnungen 23a–d von vier abweicht, nämlich zwei, drei oder mehr als fünf an der Zahl beträgt.
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Wie insbesondere in 1 dargestellt, besitzen die Leitwandsegmente 27a–d jeweils einen inneren Leitwandsegmentabschnitt 28a–d und einen äußeren Leitwandsegmentabschnitt 29a–d, wobei die Luftausblasöffnungen 23a–d jeweils von den zueinander benachbarten inneren und äußeren Leitwandsegmentabschnitten 28a–d; 29a–d der in der Umfangsrichtung 24 des Laufrads 15 jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend angeordneten Leitwandsegmente 27a–d gebildet sind.
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Wie weiter in 1 dargestellt, liegen die Mündungsflächen einander benachbarter Luftausblasöffnungen 23a–d im rechten Winkel zueinander. Das Ventilatorgehäuse 13 weist im gezeigten Beispielsfall eine rechteckförmige, insbesondere quadratische Grundform auf, wobei die Leitwandsegmente 27a–d die Umfangsseiten des quaderförmig ausgebildeten Ventilatorgehäuses 13 bilden.
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Im Beispielsfall liegen sich jeweils zwei Luftausblasöffnungen 27a, c und 27b, d diametral zur Rotationsachse 14 einander gegenüber. Übertragen auf das quaderartige bzw. kastenartige Ventilatorgehäuse 13 bedeutet dies, dass die Luftausblasöffnungen 23a–d jeweils an den Eckbereichen des Ventilatorgehäuses 13 sitzen.
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Wie ferner in 1 gezeigt, sind die Leitwandsegmente 27a–d jeweils außen bogenförmig gekrümmt, wobei zwischen in Umfangsrichtung 24 benachbarten Leitwandsegmenten 27a–d jeweils ein Luftausblasstutzen 30a–d absteht, dessen Längsachse parallel oder im Winkel zu einer Tangente an das Laufrad 15 ausgerichtet ist.
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Jeder dieser Luftausblasstutzen 30a–d stellt den Austrittsbereich einer Teilspirale dar, die jeweils einen Teil der vom Laufrad 15 radial umgelenkten Luft sammelt und zur zugeordneten Luftausblasöffnung 23a–d führt. Bei einer nicht dargestellten Variante können die Mündungsebenen der Luftausblasstutzen 30a–d gegenüber den äußeren Leitwandsegmentabschnitten 29a–d hinausragen oder zurückgesetzt sein.
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Die 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Ventilatoreinrichtung aus dem Stand der Technik, bei der der Radialventilator ein Spiralgehäuse mit einer einzelnen Luftausblasöffnung besitzt. Im selben Schaubild ist das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung 11 dargestellt, bei dem das Ventilatorgehäuse 13 vier in Umfangsrichtung 24 des Laufrads 15 verteilt angeordnete Luftausblasöffnungen 23a–d aufweist.
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Ebenfalls in 3 dargestellt ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung 11, bei der das Ventilatorgehäuse 13 des Radialventilators 12 zwei in Umfangsrichtung 24 des Laufrads 15 verteilt angeordnete Luftausblasöffnungen 23a, b aufweist.
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Wie insbesondere die Zusammenschau der verschiedenen erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtungen 11 und der Ventilatoreinrichtung aus dem Stand der Technik zeigt, ist die Baugröße der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtungen 11 deutlich geringer als diejenige der Ventilatoreinrichtung aus dem Stand der Technik.
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Wie ferner die 4 bis 6 zeigen, ist sowohl die Baubreite B‘ des ersten Ausführungsbeispiels als auch die Baubreite B‘‘ des zweiten Ausführungsbeispiels kleiner als die Baubreite B des Spiralgehäuses aus dem Stand der Technik. Gleiches gilt für die Bauhöhe: Die Bauhöhe H‘ und auch die Bauhöhe H‘‘ ist deutlich kleiner als die Bauhöhe H des Spiralgehäuses aus dem Stand der Technik. Die deutlich kompakteren Abmessungen der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtungen 11 ermöglichen gegenüber Ventilatoreinrichtungen aus dem Stand der Technik mit denselben Volumenströmen eine erhebliche Einsparung des Platzbedarfs.
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Die 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilatoreinrichtung 11. Die Ventilatoreinrichtung 11 des dritten Ausführungsbeispiels umfasst neben einem Radialventilator 12 noch ein Klimagehäuse 31, in dem der Radialventilator 12 eingebaut ist. Das Klimagehäuse 31 ist beispielhaft in Form eines Klimakastens gezeigt, der einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist und im gezeigten Beispielsfall vier rechtwinklig zueinander ausgerichtete Klimagehäusewände 32a–d besitzt. Zur Befestigung des Radialventilators 12 im Klimagehäuse 31 dient beispielsweise eine im Klimagehäuse 31 befestigte Trennwand (nicht dargestellt), an der der Radialventilator 12 mittels geeigneter Befestigungsmittel befestigt werden kann. Die Befestigung des Radialventilators 12 an der Trennwand erfolgt vorzugsweise an der saugseitigen Seitenwand 17 des Ventilatorgehäuses 13. Alternativ ist es auch denkbar, den Radialventilator mittels einer Ständerkonstruktion, beispielsweise L-förmiger Ständer, oder einer Fußkonstruktion im Kanalgehäuse unterzubringen.
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Wie insbesondere in 7 dargestellt, ist jede Klimagehäusewand 32a–d eine Luftausblasöffnung 23a–d des Radialventilators 12 zugeordnet. Jedoch sind die Mündungsflächen der Luftausblasöffnungen 23a–d nicht parallel zu den zugeordneten Klimagehäusewänden 32a–d angeordnet, sondern bilden mit der zugeordneten Klimagehäusewand 32a–d einen Winkel. Mit anderen Worten, der Radialventilator 12 ist gegenüber den Klimagehäusewänden 32a–d in einer Rotationslage angeordnet, bei der die Leitwandsegmente 27a–d im Winkel 0° < α < 90°, insbesondere 5° < α < 45° gegenüber den zugeordneten Klimagehäusewänden 32a–d ausgerichtet sind.
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Eine derartige Anordnung des Radialventilators 12 erlaubt einen optimierten Luftaustritt durch die einzelnen Luftausblasöffnungen 23a–d. Die Luftausblasöffnungen 23a–d bzw. die Luftausblasstutzen 30a–d sind mit ihren Längsachsen in Richtung der Ecken zwischen zwei benachbarten Klimagehäusewänden 32a–d ausgerichtet.
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Zwischen den Luftausblasöffnungen 23a–d bzw. zwischen deren Mündungsflächen und der zugeordneten Klimagehäusewände 32a–d bildet sich somit eine charakteristische Ausströmzone, die zu geringen Verlusten im Ausblasbereich führt. Ein solcher Klimakasten kann beispielsweise Bestandteil einer Klimazentrale sein, die neben dem Radialventilator 12 noch weitere Komponenten, beispielsweise Filter, usw. enthält.
