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Die Erfindung betrifft einen Radialventilator, bei dem mittels Luftleitschaufeln, welche verstellbar sind, ein Strömungsverlauf einstellbar ist, sowie ein Schienenfahrzeug, aufweisend einen solchen Radialventilator.
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Antriebe mit hoher Leistungsdichte benötigen eine effiziente Kühlung. Erwünscht ist eine hohe Kühlleistung bei gleichzeitig geringer Geräuschentwicklung. Neuere technische Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI) bezüglich der Lärmentwicklung wurden erlassen und es ist für zukünftige Projekte notwendig, eine geringe Lärmentwicklung bei gleichzeitig hoher Kühlleistung zu verwirklichen. Des Weiteren ist ein geringes Geräuschniveau auch vom Kunden erwünscht.
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Zur Kühlung von Antrieben in Schienenfahrzeugen werden häufig Lüfter eingesetzt. Der Lüfter stellt einen Luftstrom bereit. Dieser wird zu Kühlzwecken verwendet, wenn eine Oberfläche überströmt wird und eine Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid besteht. Das Laufrad des Lüfters kann direkt auf die Welle eines Fahrmotors aufgebracht werden um den Motor, dessen Hauptfunktion die Bereitstellung von Drehmoment und Drehzahl zum Antrieb eines Schienenfahrzeuges ist, zu kühlen. Bei dieser Bauart spricht man von selbst- oder eigenbelüfteten Motoren in Abgrenzung zu fremdbelüfteten Motoren, wo die Antriebsleistung des Lüfters zum Erzeugen des Kühlluftstromes von einem externen Motor bereitgestellt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lüfter bereitzustellen, der eine hohe Kühlleistung, eine wirksame Eigenbelüftung eines Motors und/oder eine möglichst geringe Geräuschentwicklung aufweist.
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Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung sind in einem Gehäuse für einen Radialventilatoren verstellbare Luftleitschaufeln vorgesehen. Durch die verstellbaren, insbesondere schwenkbaren, Luftleitschaufeln können in dem Gehäuse verschiedene Strömungswege realisiert werden. Insbesondere sind die Luftleitschaufeln durch die Strömung der vom Laufrad transportierten bzw. abgegebenen Luft verstellbar. Es handelt sich dann um einen passiven Verstellmechanismus. Alternativ ist ein aktiver Verstellmechanismus möglich. Die Art der Verstellung und Anordnung der Luftleitschaufeln kann insbesondere von der Rotationsrichtung des Laufrads abhängen bzw. durch die Rotationsrichtung bestimmt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Radialventilator sind die Kühlung und die Kühlungsleistung unabhängig von der Drehrichtung des Laufrads. Daher ist der Radialventilator besonders gut zur Eigenbelüftung von Motoren verwendbar, die sowohl in Vor- als auch Rückwärtsrichtung betrieben werden oder betreibbar sind. D.h. für Motoren, deren Welle sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn drehbar ist, beispielsweise Schienenfahrzeugmotoren.
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In einem herkömmlichen Radialventilator wird Luft von einem Laufrad zunächst in Umfangsrichtung abgegeben. Das Laufrad ist bei bekannten Radialventilatoren in einem Spiralgehäuse untergebracht, idealerweise einer archimedeschen Spirale, wobei bei einem solchen herkömmlichen Lüfter nur eine Drehrichtung möglich ist. Das Spiralgehäuse herkömmlicher Lüfter hat folgende Funktionen: Zum einen nimmt es den vom Laufrad abgegebenen Luftstrom auf. Die Menge abgegebenen Luftstroms wächst linear mit dem Winkel um die Rotationsachse. Zweitens leitet das Spiralgehäuse die Strömung von einer Umfangsrichtung in eine radiale Richtung. Wenn die Luft den Ventilator verlässt, hat sie immer noch eine hohe Komponente in Umfangsrichtung, wobei die erwünschte Richtung die radiale Richtung ist. Ein Radialventilator der vorliegenden Erfindung ermöglicht einen hohen Anteil an Luft in radialer Richtung.
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Insbesondere wird von der Erfindung ein Radialventilator nach Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Varianten sind in Unteransprüchen angegeben. Angegeben wird somit ein Radialventilator, aufweisend
- – ein Laufrad, dessen Rotationsrichtung änderbar ist von einer ersten Rotationsrichtung zu einer zweiten, entgegengesetzten Rotationsrichtung,
- – ein Gehäuse, in dem das Laufrad rotierbar gelagert ist,
- – zumindest eine erste Luftleitschaufel, die verstellbar in oder an dem Gehäuse gelagert ist,
wobei bei der ersten Rotationsrichtung des Laufrads die erste Luftleitschaufel in eine erste Stellposition stellbar ist, in der ein erster Strömungsverlauf eines vom Laufrad erzeugten Luftstroms einstellbar ist, und
wobei bei der zweiten Rotationsrichtung des Laufrads die erste Luftleitschaufel in eine zweite Stellposition stellbar ist, sodass ein zweiter Strömungsverlauf des vom Laufrad erzeugten Luftstroms einstellbar ist.
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Es können eine oder mehrere erste Luftleitschaufeln vorhanden sein. Nachfolgend wird meist Bezug auf mehrere erste Luftleitschaufeln genommen. Es sind bei einer solchen Beschreibung aber auch Ausführungsformen umfasst, in denen nur eine erste Luftleitschaufel vorhanden ist.
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Der vom Laufrad erzeugte Luftstrom wird vorzugsweise an der Außenseite des Laufrads abgegeben.
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Durch Verstellen der ersten Luftleitschaufeln von einer ersten Stellposition in eine zweite Stellposition ist somit ein Strömungsverlauf, insbesondere eine Strömungsrichtung, eines vom Laufrad erzeugten, an der Außenseite des Laufrads abgegebenen Luftstroms einstellbar. Bei der ersten Rotationsrichtung des Laufrads ist ein erster Strömungsverlauf einstellbar und bei der zweiten Rotationsrichtung des Laufrads ist ein zweiter Strömungsverlauf einstellbar.
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Neben einer erwähnten ersten Stellposition und einer erwähnten zweiten Stellposition können weitere Stellpositionen der Luftleitschaufeln einstellbar sein. Neben einem erwähnten ersten Strömungsverlauf und einem erwähnten zweiten Strömungsverlauf können weitere Strömungsverläufe herstellbar sein.
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In dieser Erfindung werden die Begriffe „erste Luftleitschaufeln“ und „zweite Luftleitschaufeln“ gebraucht. Die Begriffe „erste“ und „zweite“ bedeuten nicht notwendigerweise einen strukturellen Unterschied, sondern dienen zunächst nur der begrifflichen Unterscheidung, beispielsweise um eine Ausführungsform, in der zumindest eine zweite Luftleitschaufel vorhanden ist, von einer Ausführungsform zu unterscheiden, in der nur eine erste Luftleitschaufel oder erste Luftleitschaufeln vorhanden sind.
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Luftleitschaufeln können um eine Rotationsachse drehbar an dem Gehäuse gelagert sein. Alternativ oder zusätzlich können Luftleitschaufeln verschiebbar an dem Gehäuse gelagert sein, beispielsweise in einem Gleitlager.
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Die Luftleitschaufeln sind insbesondere verschwenkbar. Entsprechend kann eine erste Stellposition eine erste Schwenkposition sein und eine zweite Stellposition eine zweite Schwenkposition sein.
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Der erste Strömungsverlauf und der zweite Strömungsverlauf sind insbesondere Strömungsverläufe innerhalb des Gehäuses. Der hier betrachtete Strömungsverlauf beginnt vorzugsweise an der Außenseite des Laufrads, erstreckt sich durch das Gehäuse hindurch und wird zu einem Auslass des Gehäuses geleitet. Das Gehäuse weist einen Auslass auf.
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Von der Erfindung werden in ihrer allgemeinen oder in speziellen Ausführungsformen insbesondere einer oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt:
- – Die Erfindung erhöht die Leistungsfähigkeit des Ventilators und ermöglicht damit eine Reduzierung des Ventilatordurchmessers, wodurch Geräusche reduziert werden.
- – Die Strömung wird derart geleitet, dass Störungen der Strömung weitgehend reduziert werden, was die Geräuschentwicklung reduziert.
- – Da die Luftleitschaufeln verstellbar sind, können sie dazu verwendet werden, die Strömung definierter zu leiten, beispielsweise zu einem bestimmten Kanal oder einer kritischen zu kühlenden Region, wodurch die Kühlungs- und Strömungseffizienz verbessert wird.
- – Zum Zweck der Eigenbelüftung kann das Laufrad in beide Richtungen rotieren. Der Strömungsweg kann durch die verstellbaren Luftleitschaufeln entsprechend angepasst werden.
- – Durch die Erfindung wird ein schaltbares Gehäuse für einen Radialventilator zur Verfügung gestellt. Schaltbar bedeutet insbesondere eine Verstellung der Luftleitschaufeln, die an oder in dem Gehäuse angeordnet sind oder eine Verstellung des Strömungswegs der in dem Gehäuse bewegten Luft.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben:
In einer Ausführungsform sind der erste Strömungsverlauf und der zweite Strömungsverlauf zueinander spiegelbildlich. Die Spiegelbildlichkeit kann bezüglich einer Symmetrieebene gegeben sein, die außerhalb des Gehäuses liegt.
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In einer Ausführungsform sind der erste Strömungsverlauf und der zweite Strömungsverlauf zunächst in Umfangsrichtung des Laufrads gerichtet und dann in radiale Richtung gerichtet, wobei die Umfangsrichtung des ersten Strömungsverlaufs und die Umfangsrichtung des zweiten Strömungsverlaufs zueinander entgegengesetzt sind. Die zweite Rotationsrichtung des Laufrads ist der ersten Rotationsrichtung entgegengesetzt. In dieser vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird durch eine entgegengesetzte zweite Rotationsrichtung eine entgegengesetzte Umfangsrichtung des zweiten Strömungsverlaufs erzielt. Der Strömungsverlauf in radiale Richtung ist vorzugsweise jeweils in gleiche radiale Richtung gerichtet. Insbesondere verläuft die radiale Richtung bzw. der radiale Strom durch einen Auslass des Gehäuses, der unverändert bleibt.
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In einer Ausführungsform ist das Gehäuse spiegelsymmetrisch oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch. Die Spiegelsymmetrie kann zu einer Symmetrieebene vorliegen, die durch das Zentrum des Laufrads verläuft und in welcher die Drehachse des Laufrads angeordnet ist, die für diese Betrachtung vorzugsweise eine virtuelle Drehachse ist. Der Begriff „im Wesentlichen spiegelsymmetrisch“ umfasst den Fall, dass das Gehäuse Anbauten, innen und/oder außenseitig, aufweist, die nicht spiegelsymmetrisch sind.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Luftleitschaufeln durch den vom Laufrad erzeugten Luftstrom verstellbar, wobei die erste Stellposition der ersten Luftleitschaufeln bei der ersten Rotationsrichtung des Laufrads und die zweite Stellposition der ersten Luftleitschaufeln bei der zweiten Rotationsrichtung des Laufrads durch den Luftstrom jeweils einstellbar sind. Hierbei handelt es sich um einen passiven Verstellmechanismus. Es wird das Verstellen der Luftleitschaufeln passiv durch den ohnehin erzeugten Luftstrom vorgenommen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Radiallüfter eine oder mehrere Verstelleinrichtungen auf, mit der/denen jeweils eine oder mehrere Luftleitschaufeln verstellbar sind. Dies ist eine aktive Art der Verstellung. Die Verstelleinrichtung kann einen Stellmotor aufweisen mit welchem eine oder mehrere Luftleitschaufeln verstellbar sind. Mit der Verstelleinrichtung sind beschriebene Stellpositionen von Luftleitschaufeln einstellbar.
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In einer Ausführungsform der Erfindung bildet zumindest ein Teil der ersten Luftleitschaufeln in der ersten Stellposition allein oder mit einem Teil des Gehäuses eine erste Spirale aus, die in einer ersten Drehrichtung verläuft und es bildet zumindest ein Teil der ersten Luftleitschaufeln in der zweiten Stellposition allein oder mit einem Teil des Gehäuses eine zweite Spirale aus, die in einer zweiten Drehrichtung verläuft. Die zweite Drehrichtung der Spirale ist der ersten Drehrichtung entgegengesetzt. Bei dem Ausbilden einer Spirale wird ein spiralförmiger Strömungsweg für Luft ausgebildet. Die Spirale verläuft vorzugsweise um eine Drehachse des Laufrads. Die Spirale beschreibt vorzugsweise eine Kurve, die sich ausgehend von einer Position an der Außenseite des Laufrads von dem Laufrad und der Drehachse des Laufrads entfernt. Die Spirale kann beliebig viele oder beliebig wenige Windungen aufweisen. Unter einer Spirale wird bereits eine Struktur verstanden, bei dem ein entlang der Spirale oder durch einen spiralförmigen Weg geleiteter Luftstrom das Laufrad nur einmal oder sogar etwas weniger als einmal umströmt.
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In einer speziellen Variante weisen die ersten Luftleitschaufeln, welche die erste oder die zweite Spirale ausbilden oder welche zusammen mit einem Teil des Gehäuses eine Spirale ausbilden, eine gebogene Form auf. Insbesondere sind zumindest zwei erste Luftleitschaufeln so ausgebildet, dass sie einen Spiralbogen oder einen Teil eines Spiralbogens ausbilden, wenn sie in eine bereits erwähnte erste Stellposition oder eine zweite Stellposition gestellt sind. Vorzugsweise schließen Luftleitschaufeln, die eine Spirale oder einen Teil einer Spirale ausbilden, nahezu lückenlos oder lückenlos aneinander an.
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Das Gehäuse des Radialventilators kann einen Auslass aufweisen, durch den Luft abgegeben wird. In einer Ausführungsform weist das Gehäuse des Radialventilators einen Auslass auf und es ist zumindest eine zweite Luftleitschaufel vor dem Auslass oder im Bereich des Auslasses angeordnet. Durch Verstellen der zweiten Luftleitschaufeln in eine erste Stellposition ist ein entlang der oben erwähnten ersten Spirale beförderter Luftstrom zu dem Auslass leitbar und durch Verstellen der zweiten Luftleitschaufel in eine zweite Stellposition ist ein entlang der zweiten Spirale beförderter Luftstrom zu dem Auslass leitbar. Wie erwähnt können mehrere zweite Luftleitschaufeln vorhanden sein. Eine zweite Luftleitschaufel kann in einem Bereich angeordnet sein, in dem ein spiralförmiger Strömungsweg, der durch zumindest eine erste Luftleitschaufel ausgebildet oder mit ausgebildet wird, endet. Vorzugsweise geht der spiralförmige Strömungsweg in einem Bereich, in dem eine zweite Luftleitschaufel angeordnet ist, in einen geraden oder im Wesentlichen geraden Strömungsweg über. Dieser gerade Strömungsweg führt vorzugsweise direkt zu einem Auslass des Gehäuses. Insbesondere ist eine zweite Luftleitschaufel in eine oder mehrere radiale oder im Wesentlichen radiale Richtungen, bezogen auf das Laufrad, stellbar.
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In einer Ausführungsform weist der Radialventilator zumindest ein Bewegungsbegrenzungselement auf, mit dem eine Bewegung der ersten Luftleitschaufeln und/oder der zweiten Luftleitschaufeln begrenzbar ist. Durch das Bewegungsbegrenzungselement, oder durch mehrere davon, ist/sind eine erste Stellposition und eine zweite Stellposition der Luftleitschaufeln einstellbar.
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Ist die Luftleitschaufel drehbeweglich, wird das Bewegungsbegrenzungselement auch als Drehbegrenzungselement bezeichnet.
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Ein Bewegungsbegrenzungselement ist insbesondere ein Anschlagselement, an dem eine verstellbar gelagerte Luftleitschaufel anschlagen kann. Beim Anschlag kann die erste Stellposition oder die zweite Stellposition einer Luftleitschaufel eingestellt sein bzw. erreicht werden.
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Das Bewegungsbegrenzungselement kann an dem Gehäuse angebracht sein. Zumindest ein Bewegungsbegrenzungselement kann an dem Gehäuse angebracht sein. Zumindest ein weiteres Bewegungsbegrenzungselement kann an der Luftleitschaufel angebracht sein und mit einem Bewegungsbegrenzungselement an einem Gehäuse zusammenwirken.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug, das einen vorangehend beschriebenen Radialventilator aufweist. Der Radialventilator ist vorzugsweise einer Komponente des Schienenfahrzeugs zugeordnet, die einen erhöhten Kühlungsbedarf aufweist. Beispiele hierfür sind ein Antrieb für schienengebundene Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Aufzüge und Industrieanwendungen wie z.B. Förderbänder, Elektrofahrzeuge, Gabelstapler. Insbesondere ist der Radialventilator einem Motor eines Schienenfahrzeugs zugeordnet.
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Beispielhafte Schienenfahrzeuge sind Fernverkehrszüge, Nahverkehrszüge, S-Bahnen, U-Bahnen und Straßenbahnen.
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Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Anordnung, aufweisend einen Motor, aufweisend eine Motorwelle, und einen erfindungsgemäßen Radialventilator, wie vorangehend beschrieben, wobei das Laufrad des Radialventilators drehfest an die Motorwelle gekoppelt ist, sodass das Laufrad zusammen mit der Welle rotierbar ist. Die Motorwelle, wird von bzw. in dem Motor (als Teil des Motors) in Rotation versetzt beispielsweise durch elektrische Energie oder durch Verbrennungsenergie. Hierdurch wird eine eingangs erläuterte Selbst- bzw. Eigenbelüftung des Motors ermöglicht. Der Luftstrom aus dem Radialventilator kann zu dem Motor bzw. zu erwünschten zu kühlenden Komponenten geleitet werden. Hierzu können Luftführungsmittel, wie z.B. zumindest ein Kanal, Klappen etc., vorgesehen sein.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schienenfahrzeug, aufweisend die vorangehend genannte Anordnung.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Radialventilators ist insbesondere für jeden selbstbelüfteten Motor denkbar, welcher sowohl in Vor- als auch Rückwärtsrichtung betrieben wird. Allgemein ist der erfindungsgemäße Radialventilator an jede Welle koppelbar, die im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn drehbar ist, beispielsweise eine Welle eines Motors, der sowohl in Vor- als auch Rückwärtsrichtung betrieben wird. Die Motorwelle kann sowohl in eine erste Rotationsrichtung rotierbar sein, die der ersten Rotationsrichtung des an die Welle gekoppelten Laufrads entspricht, als auch in eine zweite Rotationsrichtung rotierbar sein, die der zweiten Rotationsrichtung des Laufrads entspricht.
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Der Motor ist vorzugsweise ein Motor eines Schienenfahrzeugs. Motor ist vorzugsweise ein Elektromotor.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
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1a), b) eine erste Ausführungsform eines Radialventilators gemäß der Erfindung,
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2a), b) eine zweite Ausführungsform eines Radialventilators,
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3a)–c) drei weitere Ausführungsformen eines Radialventilators,
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4a), b) verschiedene Möglichkeiten der Lagerung von Luftleitschaufeln und
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5a), b) verschiedene Ausführungsformen zur Anordnung von Anschlagselementen zur Begrenzung der Bewegung von Luftleitschaufeln.
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In 1 sind zwei Betriebszustände eines Radialventilators 1 gezeigt. Im linken Teil der 1, 1a), rotiert das Laufrad 2, das schematisch und ohne Laufschaufeln dargestellt ist, im Uhrzeigersinn, aus Blickrichtung des Betrachters. In 1b) rotiert das Laufrad 2 gegen den Uhrzeigersinn. Die sich in Blickrichtung des Betrachters erstreckende Drehachse ist jeweils mit dem Buchstaben D1 bezeichnet.
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In 1a) ist bei ersten Luftleitschaufeln eine erste Stellposition eingestellt. Beispielhaft für die ersten Luftleitschaufeln sind die Luftleitschaufeln 3a, 3b, 3c, 3d und 3e mit Bezugszeichen versehen. Es ist aus der 1a) ersichtlich, dass sich das Anordnungsprinzip der ersten Luftleitschaufeln 3a–3e entlang des Umfangs des Laufrads 2 noch siebenmal wiederholt. Alle gezeigten Luftleitschaufeln sind im Sinne des Sprachgebrauchs der Erfindung erste Luftleitschaufeln. Die ersten Luftleitschaufeln 3a–3e sind gerade ausgebildet. Jede der Luftleitschaufeln 3a–3e ist drehbar um eine Drehachse an dem Gehäuse 4, beispielsweise an einer Rückwand des Gehäuses, angelenkt. Die Drehachsen, um welche die ersten Luftleitschaufeln drehbar sind, sind bezeichnet mit D2a, D2b, D2c, D2d und D2e.
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Durch den durch die Rotation des Laufrads 2 erzeugten Luftstrom werden die Luftleitschaufeln 3a–3e, und alle weiteren gezeigten Luftleitschaufeln, in die in 1a) gezeigte Stellposition gestellt. Dadurch wird einem Luftstrom, der zunächst in Umfangsrichtung gerichtet ist, eine halbwegs radiale Richtung aufgezwungen. Der Strömungsverlauf ist jeweils in 1a) und 1b) mit einem Pfeil dargestellt. Nur ein Pfeil im Bereich der Bezugszeichen der Luftleitschaufeln 3a–3d ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die Luftleitschaufeln 3a und 3b bilden in etwa eine Parallelführung aus und die Luftleitschaufeln 3c, 3d, 3e bilden einen Bogen aus und schließen aneinander an.
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Der weitere Verlauf der Luftströmung innerhalb des Gehäuses 4, beispielsweise zu einem oder mehreren Auslässen, ist nicht dargestellt.
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In 1b) ist die Rotationsrichtung des Laufrads 2 entgegengesetzt zu der in 1a) dargestellten ersten Rotationsrichtung. Durch den vom Laufrad 2 erzeugten Luftstrom werden die ersten Luftleitschaufeln 3a–3e in die zweite Stellposition verbracht, die in 1b) gezeigt ist. Zum einen werden die Luftleitschaufeln durch den Luftstrom verstellt. Zum anderen wird wiederum durch die Verstellung der Luftleitschaufeln der Strömungsverlauf und die Strömungsrichtung des abgegebenen Luftstroms eingestellt. Zunächst wird vom Laufrad 2 ein Luftstrom erzeugt, der gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist, ebenso wie die Laufrichtung des Laufrads in 1b). Dadurch werden die Luftleitschaufeln 3a, 3b und 3c um ihre jeweiligen Drehachsen D2a, D2b und D2c gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt und ausgehend von der in 1a) gezeigten Stellposition in die Stellposition verbracht, die in 1b) gezeigt ist. Es entsteht ein gekrümmter Verlauf aneinander anschließender Luftleitschaufeln 3a, 3b, 3c, durch den der Luftstrom von einer Umfangsrichtung in eine in etwa radiale Richtung umgeleitet wird. Dargestellt ist dies in 1b) nur anhand eines Pfeils, aber es versteht sich, dass eine analoge Strömung an allen Luftleitschaufeln entlang des Umfangs des Laufrads 2 vorkommt. Luftleitschaufeln 3d und 3e nehmen in etwa einen parallelen Verlauf an, wie zuvor bei der ersten Rotationsrichtung des Laufrads 2 (1a)) die Luftleitschaufeln 3a und 3b. Auch die Luftleitschaufeln 3d und 3e wurden durch den Luftstrom gegen den Uhrzeigersinn um die jeweilige Drehachse gedreht.
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Es ist erkennbar, dass die in 1a) gezeigte erste Stellposition der ersten Luftleitschaufeln spiegelbildlich ist zu der in 1b) gezeigten zweiten Stellposition der ersten Luftleitschaufeln. In analoger Weise sind der in 1a) gezeigte erste Strömungsverlauf und der in 1b) gezeigte zweite Strömungsverlauf zueinander spiegelbildlich.
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In 1 ist ferner ein schematisch dargestellter Motor 30 abgebildet, der sich in Blickrichtung des Betrachters hinter dem Radialventilator 1 befindet und daher gestrichelt gezeichnet ist. Der Motor weist die Motorwelle 31 auf, an welcher das Laufrad 2 drehfest befestigt ist. In 1 sind der Vorwärts- und Rückwärtslauf des Motors 30 dargestellt. In 1 links dreht die Motorwelle 31 im Uhrzeigersinn, was den Vorwärtslauf darstellen soll, und in 1 rechts gegen den Uhrzeigersinn, was den Rückwärtslauf darstellen soll.
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Die Zuordnung zwischen Vorwärtslauf und Rückwärtslauf und der Drehrichtung kann auch anders gewählt sein. Durch nicht näher dargestellte Mittel kann der Luftstrom des Lüfters 1 dem Motor oder Komponenten davon zugeführt werden, z.B. durch Luftkanäle, Klappen etc. Dadurch, dass der Motor 30 selbst das Laufrad 2 antreibt, das den Kühlstrom für den Motor 30 erzeugt, liegt eine Eigenbelüftung vor.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Radialventilators 5, wobei in 2a) eine erste Stellposition von Luftleitschaufeln dargestellt ist und in 2b) eine zweite Stellposition von Luftleitschaufeln dargestellt ist. Der Radialventilator 5 weist das Laufrad 6 auf, das schematisch und ohne Laufschaufeln dargestellt ist. Das Laufrad 6 ist in dem Gehäuse 7 angeordnet, das spiegelsymmetrisch ausgeführt ist und einen spiegelsymmetrischen Innenraum 8 umschließt. Die Spiegelsymmetrie liegt zur Symmetrieebene S vor, die gestrichelt eingezeichnet ist und senkrecht auf der in 2 zugrunde gelegten Zeichnungsebene steht.
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Das Gehäuse 7 ist schematisch dargestellt und im Wesentlichen anhand seiner Seitenwände aufgezeigt. Gezeigt ist ferner die Rückwand 9, über welche die Seitenwände 7 in Blickrichtung des Betrachters hervorstehen. Die Rückwand 9 ist durch die dünn gezeichneten Seitenränder 10 dort begrenzt, wo keine Seitenwand 7 vorhanden ist. Die Seitenwände 7 sind fett eingezeichnet, die Rändern 10 mit dünner Linie.
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An der Rückwand 9 sind die Luftleitschaufeln 11a, 11b, 11c, 11d, 12 verstellbar gelagert. Genannte Luftleitschaufeln sind jeweils drehbar um eine Drehachse D3a, D3b, D3c, D3d und D3e an der Rückwand 9 angelenkt. Die Anlenkung kann ferner auch über eine Vorderwand erfolgen, welche das Gehäuse von vorn verschließt und hier nicht abgebildet ist.
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In 2a) wird das Laufrad 6 in einer ersten Rotationsrichtung, hier in Blickrichtung im Uhrzeigersinn, um die Drehachse D gedreht. Ein hierzu erforderlicher Motor/Antrieb ist nicht dargestellt. Durch die Rotation des Laufrads 6 wird ein Luftstrom erzeugt, der in Form von Pfeilen L dargestellt ist, wobei zwei Pfeile beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind. Bei der Drehung des Laufrads in Uhrzeigersinn ergibt sich der in 2a) gezeigte Strömungsverlauf, der ebenfalls ausgehend von dem Laufrad 6 zunächst in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn verläuft. Am Gehäuseausgang 13 ist der Strömungsverlauf L im Wesentlichen radial, was sich durch die Spiralform des Strömungswegs ergibt.
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In der in 2a) gezeigten ersten Stellposition der ersten Luftleitschaufeln 11a–11d bilden diese an den Strömungsweg für die transportierte Luft aus. Die ersten Luftleitschaufeln 11a, 11b und 11c bilden zusammen mit der links gezeigten Seitenwand 7a des Gehäuses eine Spirale aus. Die Drehrichtung der Spirale ist im Uhrzeigersinn. Durch die Ausbildung der gezeigten Spirale wird der Luft der Strömungsverlauf L aufgezwungen. Die ersten Luftleitschaufeln 11a, 11b, 11c sind so dargestellt, dass zwischen jeweils zwei Luftleitschaufeln eine Lücke existiert. Diese Darstellung ist der Übersichtlichkeit halber gewählt. Luftleitschaufeln sind vorzugsweise und generell aber so ausgebildet, dass zwischen benachbarten Luftleitschaufeln in einer ersten Stellposition oder einer zweiten Stellposition von Luftleitschaufeln ein minimal möglicher Abstand ausgebildet wird, um Strömungsturbulenzen zu vermeiden und einen möglichst geschlossenen Strömungskanal auszubilden.
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In 2a) nimmt die erste Luftleitschaufel 11d nicht in er Ausbildung der Spiralform teil und liegt mitten im Strömungsweg der Luft.
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Vor dem Auslass 13 ist die Luftleitschaufel 12 angeordnet, die durch den Luftstrom L in die gezeigte Position verbracht wird, d.h. gegen die Gehäusewand 7b beschränkt wird, wo sie zum Liegen kommt. Die Luftleitschaufel 12 wirkt bei der Erzeugung eines im Wesentlichen radial gerichteten Luftstroms mit, verschließt eine Gehäuseseite und öffnet eine andere. Die zweite Luftleitschaufel 12 ist mit der ersten Luftleitschaufel 11a über flexible Leitelemente 13a, 13b verbunden, durch welche Totvolumina vermieden werden und ein gerichteter Strömungsverlauf mitbewirkt wird.
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Die in 2a) gezeigte erste Stellposition der Luftleitschaufeln 11a–11d, 12 wird durch den vom Laufrad 6 erzeugten Luftstrom L bewirkt. Durch den Luftstrom L werden die Luftleitschaufeln in die gezeigte Position gedrückt. Es ist alternativ möglich, eine oder mehrere aktive Stellvorrichtungen vorzusehen, mit denen die Luftleitschaufeln verstellbar sind.
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In 2b) ist die Rotationsrichtung des Laufrads 6 in Gegenrichtung zu 1a), also gegen den Uhrzeigersinn. Es wird ein zweiter Strömungsverlauf des Luftstroms L eingestellt, der zu dem ersten, in 1a) gezeigten Strömungsverlauf spiegelbildlich ist. Die ersten Luftleitschaufeln 11a, 11d, 11c bilden zusammen mit dem Gehäuseteil 7b eine Spirale aus, die in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung zur Spirale aus 1a) (gebildet aus 11a, 11b, 11c, 7a) verläuft und zur ersten Spirale spiegelbildlich ist, ebenso wie der Luftstrom L.
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Die Verhältnisse in 2b) sind spiegelbildlich zu den Verhältnissen in 2a). Erwähnte Luftleitschaufeln 11a–11d und 12 werden durch den Luftstrom L in die gezeigte zweite Stellposition gezwungen.
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In 3 sind im Vergleich drei verschiedene Ausführungsformen eines Radialventilators 5, 14, 15 gezeigt. Die in 3a) gezeigte Ausführungsform des Radialventilators 5 ist fast identisch zu der in 2 gezeigten Ausführungsform, weshalb identische Bezugszeichen verwendet wurden. Einziger Unterschied ist, dass das Gehäuse nicht zum Auslass hin verjüngt ist oder zumindest eine Verjüngung nicht gezeigt ist (aber noch erfolgen kann). Diese Darstellung wurde gewählt, um einen Vergleich mit den Ausführungsformen aus 3b) und 3c) besser anstellen zu können.
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Bei der Ausführungsform eines Radialventilators 14 in 3b) sind drei erste Luftleitschaufeln 16a, 16b, 16c vorhanden. Bei der gezeigten Rotationsrichtung des Laufrads 6 im Uhrzeigersinn bilden die Luftleitschaufeln 16b und 16c zusammen mit der Gehäuseseitenwand 7a eine erste Spirale. Bei Rotation des Laufrads 6 entgegen Uhrzeigersinn würden die Luftleitschaufeln 16a, 16b und der Gehäuseteil 7b eine zweite Spirale bilden, die in Gegenrichtung zur ersten Spirale verläuft. Dazu würden die Luftleitschaufel 16a und 16b im Uhrzeigersinn um die jeweilige Drehachse geschwenkt.
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Weiterhin sind in 3b) sechs zweite Luftleitschaufeln 17a–17f gezeigt. In der hier gezeigten ersten Stellposition sind die zweiten Luftleitschaufeln 17a, 17b und 17c so gestellt, dass ein Strömungsweg Richtung Gehäuseauslass geschaffen ist. Die zweiten Luftleitschaufeln 17d, 17e und 17f sind so gestellt, dass ein rechter Gehäuseteil verschlossen wird und Luft nicht ungewollt durch ihn hindurch geleitet wird. Bei entgegengesetzter Rotation des Laufrads werden die zweiten Luftleitschaufeln 17a–17c in eine Position gestellt, wie sie hier bei den Luftleitschaufeln 17d–17f gezeigt ist, nur entsprechend spiegelsymmetrisch. Entsprechend werden die zweiten Luftleitschaufeln 17d–17f in eine analoge, spiegelbildliche Position gestellt, wie sie hier bei den Luftleitschaufeln 17a–17c zu sehen ist.
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3c) zeigt einen Radialventilator 15, der eine Abwandlung des Radialventilators 14 aus 3b) ist. Die untere erste Luftleitschaufel 16b ist hier nicht vorhanden, sondern das Gehäuse ist im unteren Bereich durchgängig, mit einer durchgängigen Seitenwand 18 ausgeführt. Es sind nur zwei erste Luftleitschaufeln 19a, 19b vorhanden, die in etwa analog angeordnet sind wie die Luftleitschaufeln 16a, 16c in 3b). In dieser Ausführungsform bildet nur eine der ersten Luftleitschaufeln jeweils eine Spirale mit der Gehäusewand 18 auf, in der gezeigten ersten Stellposition der Luftleitschaufeln ist dies die Luftleitschaufel 19a. Bei entgegengesetzter Rotationsrichtung des Laufrads 6 wird entsprechend die erste Luftleitschaufel 19b in eine Position gebracht, die spiegelsymmetrisch zu der Position der Luftleitschaufel 19a wie hier gezeigt ist und in der sie eine Spirale entgegengesetzter Drehrichtung zusammen mit der Gehäusewand 18 bildet.
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Die zweiten Luftleitschaufeln 17a–17f sind fast identisch ausgeführt wie in 3b und deswegen mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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4 zeigt Möglichkeiten der drehgelenkigen Lagerung einer Luftleitschaufel 20 an einem Gehäuse 21. Die Luftleitschaufel 20, hier mit neuem Bezugszeichen versehen, könnte jede der vorangehend genannten ersten oder zweiten Luftleitschaufeln sein. In der oberen Abbildung von 4 ist links eine Draufsicht auf die Luftleitschaufel 20 mit dem Drehlager 22 gezeigt, wogegen der rechte Teil der oberen Abbildung (4 rechts oben) einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die Luftleitschaufel 20 und das Gehäuse 21 zeigt. Das Lager 22, insbesondere ein Wälzlager, ist innerhalb der Luftleitschaufel 20 angeordnet. Das Gehäuse 21 weist den Zapfen 23 auf, der in das Lager 22 eingreift. Im unteren Teil der 4 sind die Verhältnisse umgekehrt. Ein Drehlager 22 ist innerhalb einer Aussparung 24 des Gehäuses 21 angeordnet. Die Luftleitschaufel 20 weist den Zapfen 25 auf, der mit dem Drehlager 22, welches in der Vertiefung 24 angeordnet ist, drehbar am Gehäuse 21 gelagert ist.
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In 5 sind Drehbegrenzungselemente gezeigt, mit denen eine Drehung einer Luftleitschaufel begrenzt werden kann. In 5a) sind die Drehbegrenzungselemente als Anschlagselemente, insbesondere Anschlagsstifte 26, 27, ausgebildet. Beispielsweise wird beim Anschlag der Luftleitschaufel 20 an dem Stift 27 eine erste Stellposition der Luftleitschaufel 20 ausgebildet und beim Anschlag an dem Stift 26 eine zweite Stellposition ausgebildet, die mit dem Bezugszeichen 20‘ bezeichnet ist. In 5 oben rechts ist eine seitliche Ansicht gezeigt, an der die Anordnung der Stifte 26, 27 an dem Gehäuse 21 verdeutlicht ist.
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In 5b) sind Drehbegrenzungselemente in Form eines C-förmigen Rings 28 und eines Stiftes 29 vorhanden. Der Ring 28 ist an der Luftleitschaufel 20 angeordnet und dort befestigt und der Stift 29 an dem Gehäuse 21. Gezeigt sind eine Draufsicht in 5b) ganz links und eine seitliche Ansicht in 5b), Mitte. Bei Drehung der Luftleitschaufel 20 wird die Drehbewegung durch Anschlagen des Rings 28 an dem Stift begrenzt, was in zwei Drehrichtungen erfolgen kann, wodurch zwei Stellpositionen der Luftleitschaufel 20 resultieren. In 5 unten rechts ist eine alternative Anordnung eines Rings 28 und eines Stifts 29 gezeigt. Die Anordnung erfolgt hier in der Vertiefung 24 des Gehäuses 21, wodurch der Mechanismus schmutzunempfindlich wird. 5 rechts unten stellt eine Kombination einer Lagerung der Luftleitschaufel 20 gemäß 4b) mit erwähntem Drehbegrenzungsmechanismus dar. Der Drehbegrenzungsmechanismus gemäß 5a) kann vorteilhaft mit einer Art der Lagerung kombiniert werden, wie sie in 4a) gezeigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialventilator
- 2
- Laufrad
- 3a–3e
- Luftleitschaufeln
- 4
- Gehäuse
- 5
- Radialventilator
- 6
- Laufrad
- 7
- Gehäuse (Seitenwand)
- 8
- Innenraum
- 9
- Rückwand
- 10
- Seitenränder
- 11a–11d
- Luftleitschaufeln
- 12
- Luftleitschaufel
- 13
- Auslass
- 14
- Radialventilator
- 15
- Radialventilator
- 16a–16c
- Luftleitschaufeln
- 17a–17f
- Luftleitschaufeln
- 18
- Seitenwand
- 19a, 19b
- Luftleitschaufeln
- 20
- Luftleitschaufel
- 21
- Gehäuse
- 22
- Drehlager
- 23
- Zapfen
- 24
- Vertiefung
- 25
- Zapfen
- 26
- Anschlagstift
- 27
- Anschlagstift
- 28
- Ring
- 29
- Stift
- 30
- Motor
- 31
- Motorwelle
- D
- Drehachse
- L
- Luftstrom/Strömungsverlauf
- S
- Symmetrieebene
