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Die Erfindung betrifft einen variabel mit unterschiedlichen Düsen kombinierbarer Diagonalventilator.
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Allgemein sind Diagonalventilatoren und deren Einsatz aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2014 210 373 A1 .
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Diagonalventilatoren werden in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Luftleistung bei höherem Gegendruck und geringem Einbauplatz eingesetzt, beispielsweise in der Kühltechnik oder bei Dunstabzugshauben. Durch den bei Diagonalventilatoren im Verhältnis zum Bauraum großen Motordurchmesser des axialzentral angeordneten Motors ist die Ausblasfläche an der Ausblasöffnung verhältnismäßig klein, wodurch es zu hohen Austrittsverlusten bei der Strömung durch hohen dynamischen Druck am Austritt des Diagonalventilators kommt.
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Üblicherweise werden für die Erreichung hoher Wurfweiten Axialventilatoren verwendet, die jedoch einen nicht unerheblichen axialen Bauraum benötigen. Für die kompakte Bauweise sind Diagonalventilatoren günstig. Zudem haben sie ein größeres Einsatzgebiet bei höheren Gegendrücken bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, bei der Verwendung mit Wärmetauschern Axialventilatoren durch Diagonalventilatoren ersetzen zu können, ohne dass sich die axiale Baulänge des Gesamtsystems vergrößert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Diagonalventilator mit einem Elektromotor, einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses aufgenommenen und über den Elektromotor antreibbaren Diagonallaufrad vorgeschlagen. Die von dem Diagonallaufrad im Betrieb erzeugte Diagonalströmung wird von einer Innenwand des Gehäuses in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt. Das Gehäuse ist an seinem Lufteinlass ausgebildet, eine Einlassdüse befestigend aufzunehmen. Ferner weist das Gehäuse zumindest zwei axiale Befestigungsebenen zur Befestigung eines Wärmetauschers an dem Gehäuse in zwei unterschiedlichen Axialpositionen auf, wobei eine erste Befestigungsebene durch einen Flansch an einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses und eine zweite Befestigungsebene durch eine Fixiervorrichtung für die Einlassdüse am Lufteinlass gebildet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Wärmetauscher entweder über den Flansch außenseitig am Gehäuse befestigt werden, so dass Teile des Diagonalventilators innerhalb des Wärmetauschers angeordnet sind und mithin die axiale Baulänge gering ist. In diesem Fall wird am Lufteinlass eine separate Einlassdüse befestigt. Alternativ kann der Wärmetauscher selbst eine Düse ausbilden, welche am Lufteinlass in den Diagonalventilator hinein geführt wird und die angesaugte Strömung beeinflusst. Hierzu wird dieselbe Fixiervorrichtung am Lufteinlass verwendet, welche sonst für die Befestigung der Einlassdüse verwendet wird. Bei einer derartigen Ausführung erstreckt sich der Wärmetauscher axial in den Diagonalventilator hinein, so dass die axiale Baulänge des Gesamtsystems ebenfalls gering ist.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist der Diagonalventilator dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch gegenüber dem Lufteinlass in einem Abstand M und gegenüber einem axialen Luftauslass des Diagonalventilators in einem Abstand N an dem Gehäuse positioniert ist, wobei ein Verhältnis M/N festgelegt ist, dass gilt 0,70≤M/N≤1,3, besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von 0,5, d.h. einer mittigen Anordnung des Flansches am Gehäuse.
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Der Flansch ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
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Ferner ist bei dem Diagonalventilator die Einlaufdüse als separates Bauteil lösbar an dem Gehäuse befestigbar.
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Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Fixiervorrichtung für die Einlassdüse in einer Weise ausgebildet ist, sowohl die Einlassdüse als auch alternativ den Wärmetauscher befestigend aufzunehmen. Hierzu können beispielsweise Bohrungen in dem Material des Gehäuses vorgesehen werden, welche in Position und Größe auf sowohl die Einlassdüse als auch den Wärmetauscher abgestimmt sind.
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In einer Weiterbildung sieht der Diagonalventilator vor, dass das Gehäuse am Lufteinlass eine Abflachung aufweist, welche Im Kantenmaß einem Gehäusedurchmesser am Luftauslass angenähert ist, so dass beim Eintauchen des Diagonalventilators in einen im Querschnitt rechteckigen Wärmetauscher eine platzsparende Montage ermöglicht ist. Zudem kann die Bauhöhe des Wärmetauschers minimiert werden.
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Bei dem Diagonalventilator ist in einer weiteren Ausführungsform in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad anschließend eine Nachleiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt.
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Eine vorteilhafte Ausführung sieht bei dem Diagonalventilator vor, dass die Nachleiteinrichtung einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Teilezahl und Montageschritte können somit reduziert werden. Auch kann auf eine Abdichtung zwischen den Bauteilen verzichtet werden.
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Die Nachleiteinrichtung weist in einer Weiterbildung ein einen Ausblasabschnitt des Diagonalventilators überstreckendes Schutzgitter auf. Die axiale Länge des Schutzgitters ist dabei kleiner als 50% der maximalen axialen Länge der Nachleiteinrichtung.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsvariante des Diagonalventilators, bei der die Nachleiteinrichtung, das Gehäuse und das Schutzgitter einteilig ausgebildet sind.
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Das Schutzgitter weist ferner in einer vorteilhaften Ausführung eine Vielzahl von koaxial zueinander angeordneten Ringstegen auf, welche jeweils parallel zur axialen Strömungsrichtung verlaufende und gegenüberliegende Stegflächen ausbilden. Die Strömung verläuft somit geführt parallel entlang der Stegflächen über die gesamte axiale Länge des Schutzgitters.
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In einer Weiterbildung des Diagonalventilators sind die Ringstege im Bereich der Leitschaufeln axial zu einer Anströmkante der jeweiligen Leitschaufeln vorstehend ausgebildet. Die Leitschaufeln können somit teils durch den vorstehenden Abschnitt der Ringstege mit gebildet werden, so dass die von den Ringstegen im Bereich der Leitschaufeln gebildeten Stegflächen axial vergrößert sind.
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Zudem können die axial vorstehenden Abschnitte der Ringstege als Versteifung der Leitschaufeln dienen.
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Die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung können unterschiedliche Formen und Querschnitte aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Leitschaufeln im axialen Querschnitt gesehen bogenförmig gekrümmt und zusätzlich oder alternativ profiliert ausgebildet sind. Als profilierte Form kann beispielsweise eine Tragflächenform, d.h. eine konvex gewölbte Form bestimmt sein. Mithin kann den unterschiedlichen Anströmwinkeln des jeweilig eingesetzten Diagonallaufrads Rechnung getragen werden. Dabei ist auch eine geradlinig radiale Erstreckung der Leitschaufeln möglich.
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Neben der im axialen Querschnitt gesehen vorwärts oder rückwärts gekrümmten Ausführung können die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung in einer weiter alternativen Ausführung dreidimensional gekrümmt ausgebildet werden, d.h. die Krümmung erfolgt zudem in Axialerstreckung.
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Eine günstige Ausführung des Diagonalventilators sieht zudem vor, dass die Leitschaufeln der Nachleiteinrichtung unmittelbar in das Schutzgitter übergehen und somit strömungstechnisch direkt zusammenwirken.
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Neben der Nachleiteinrichtung umfasst auch das Diagonallaufrad eine Nabe mit daran befestigen oder ausgebildeten Laufradschaufeln. Die beiden Naben bzw. Nabenbereiche werden vorzugsweise derart dimensioniert, dass ein maximaler Durchmesser G des Nabenbereichs der Nachleiteinrichtung größer ist als ein maximaler Durchmesser F einer Nabe des Diagonallaufrads, so dass der Nabenbereich der Nachleiteinrichtung die Nabe des Diagonallaufrads in axialer Projektion gesehen überdeckt.
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Eine weiter für die axial kompakte Ausführung vorteilhafte Lösung des Diagonalventilators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor aufweist. Der Nabenbereich der Nachleiteinrichtung kann hierzu zudem axial eingezogen ausgebildet werden, so dass sich Motorbauteile und Nachleiteinrichtung im Radialschnitt gesehen überlappen.
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Eine vorteilhafte Ausführung des Diagonalventilators sieht zudem vor, dass das Diagonallaufrad einen Schleuderring aufweist, der in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln umschließt. Der Schleuderring ermöglicht einen exakt einstellbaren Abströmwinkel sowie eine Strömungsleitung in einem vorbestimmten Winkel gegenüber der Rotationsachse des Diagonallaufrads.
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Ein weiter vorteilhafter Aspekt ist, bei dem Diagonalventilator den Elektromotor als Außenläufermotor auszubilden. Dadurch kann das Diagonallaufrad den Motor umschließen und der axiale Platzbedarf ist minimiert.
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Eine Weiterbildung des Diagonalventilators sieht zudem vor, dass sich die Einlaufdüse vorzugsweise in axialer Richtung in den Schleuderring hinein erstreckt, so dass sich die Einlaufdüse und der Schleuderring im Radialschnitt gesehen abschnittsweise überlappen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Diagonalventilators mit Sicht auf die Einlassseite,
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Diagonalventilators aus 1 mit Sicht auf die Auslassseite;
- 3 eine Ansicht im Radialschnitt des Diagonalventilators aus 1;
- 4 eine perspektivische Schnittansicht des Diagonalventilators aus 1.
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In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diagonalventilators 1 gezeigt.
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In den Explosionsdarstellungen gemäß der 1 und 2 sind die Bauteile des Gehäuses 2 mit daran einteilig ausgebildeter feststehender Nachleiteinrichtung 3, des Diagonallaufrads 4, des als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotors 5 und der in das Gehäuse 2 einsetzbaren Einlaufdüse 6 zu erkennen.
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In den 3 bis 4 ist der Diagonalventilator 1 im montierten Zustand gezeigt und weist eine Gesamtaxiallänge E auf. Das Diagonallaufrad 4 umfasst mehrere sich von der axial offenen Nabe 8 nach radial außen erstreckende Laufradschaufeln 9, die von dem Schleuderring 14 umgeben sind. Der Schleuderring 14 weist einen sich in axialer Strömungsrichtung nach radial außen aufweitenden, zur Innenwand des Gehäuses 2 gerichteten Strömungsquerschnitt auf. Der Elektromotor 5 ist in die axial offene Nabe 8 des Diagonallaufrads 4 eingesteckt und wird von dieser vollständig umschlossen. In axialer Richtung, d.h. entlang der Rotationsachse, erstreckt sich der Elektromotor 5 bis in die achszentrale Einsenkung 11, so dass diese näher an das Diagonallaufrad 4 positionierbar ist. Das über den Elektromotor 5 angetriebene Diagonallaufrad 4 ist innerhalb des einen Strömungskanal bildenden Gehäuses 2 angeordnet und weist eine axiale Länge D auf. Einlassseitig ist die Einlassdüse 6 angeordnet und erstreckt sich mit ihrem Endabschnitts des geringsten Durchströmungsquerschnitts (Durchmesser A) bis in den Bereich des Diagonallaufrads 4, so dass sich der Schleuderring 14 und der Endabschnitt der Einlassdüse 6 überlappen.
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Das Gehäuse bestimmt zwei axiale Befestigungsebenen X, Y zur Befestigung eines Wärmetauschers 200, 200' an dem Gehäuse 2 in zwei unterschiedlichen Axialpositionen. Die erste Axialposition ist an der Befestigungsebene X, welche durch den Flansch 25 an der äußeren Mantelfläche des Gehäuses 2 verläuft. Die zweite Axialposition und korrespondierende Befestigungsebene ist durch die Fixiervorrichtung ausgeführt als Schraubenlöcher für die Verschraubung der Einlassdüse 6 am Lufteinlass 21 gebildet.
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In den 5-8 ist der Diagonalventilator 1 in verschiedenen Einbausituationen mit Wärmetauscher 200, 200' gezeigt. Der Wärmetauscher 200 gemäß 5 umfasst eine Düse 201, welche die Einlassdüse 6 des Diagonalventilators 1 ersetzt. Mit seiner zu dem Diagonalventilator 1 weisenden Anlagefläche 205 ist der Wärmetauscher 200 an der Befestigungsebene Y an den Schraubenlöchern für die Einlaufdüse 6 fixiert. Die Düse 201 erstreckt sich bis in das Diagonallaufrad 4 und bildet mit diesem einen Überlappungsbereich vergleichbar der Einlaufdüse 6.
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In der Ausführung gemäß 6 ist der Diagonalventilator 1 mit der Einlaufdüse 6 ausgestattet, wobei der Wärmetauscher 200' mit der Einlaufdüse 6 an seiner zu dem Diagonalventilator 1 weisenden Anlagefläche 205 befestigt ist, jedoch keine Düse benötigt, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 5.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 nutzt ebenfalls den Diagonalventilator 1 mit der Einlaufdüse 6, jedoch wird die zu dem Diagonalventilator 1 weisende Anlagefläche 205 radial weiter außen ausgeführt, so dass die Befestigung über Schrauben an dem ringförmigen Flansch 25 erfolgt und der Diagonalventilator 1 somit mit der Hälfte seiner Axialerstreckung innerhalb des Wärmetauschers 200' positioniert ist. 8 zeigt eine zu 7 identische Ausführung, jedoch mit drückend eingebautem Diagonalventilator 1, d.h. der Luftaustritt erfolgt in den Wärmetauscher 200' hinein.
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Nun wieder bezugnehmend vornehmlich auf 3. Im Betrieb saugt der Diagonalventilator 1 über das Diagonallaufrad 4 in axialer Richtung Luft an und fördert diese diagonal, d.h. gegenüber der Rotationsachse in einem vorbestimmten Abströmwinkel in Richtung der Innenwand des Gehäuses 2. In der gezeigten Ausführung wird der Abströmwinkel über den Schleuderring 14 nach schräg radial außen bestimmt. An der Innenwand des Gehäuses 2 wird die Strömung anschließend wieder in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt und zur Nachleiteinrichtung 3 gefördert.
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Der Luftaustritt des Diagonalventilators 1 weist einen vorbestimmten Ausblasdurchmesser B auf, wobei das Verhältnis von Axialgesamtlänge E zu Ausblasdurchmesser B im gezeigten Ausführungsbeispiel bei 0,38 liegt. Das Verhältnis kann bis auf 0,6 vergrößert oder bis 0,3 verkleinert werden. Im durch die Einlaufdüse 6 gebildeten Lufteinlass 21 (im Bereich des geringsten Strömungsquerschnitts der Einlaufdüse) hat der Diagonalventilator 1 einen Ansaugdurchmesser A, der um einen Faktor 0,87 kleiner ist als der Ausblasdurchmesser B. Das Verhältnis kann angepasst werden in einem Bereich von 0,70-0,95. Damit ist die benötigte Umlenkung der Strömung im radial außen liegenden Bereich gering.
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In axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad 4 anschließend ist die Nachleiteinrichtung 3 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln 7 angeordnet. Die Nachleiteinrichtung 3 umfasst ferner ein integrales Schutzgitter 17 mit einer Vielzahl von koaxial zueinander angeordneten Ringstegen 13, welche jeweils parallel zur axialen Strömungsrichtung verlaufende und gegenüberliegende Stegflächen 19 ausbilden. Die axiale Länge des Schutzgitters 17 entspricht der halben axialen Länge C der Nachleiteinrichtung 3. Der maximale Durchströmungsquerschnitt der Nachleiteinrichtung (Durchmesser B) liegt ausblasseitig im Bereich der Ringstege 13. Die Nachleiteinrichtung 3 vergleichmäßigt die Strömung mittels der Leitschaufeln 7 und des Schutzgitters 17. Die Leitschaufeln 7 erstrecken sich in Axialrichtung durch das Schutzgitter 17 und durchbrechen somit die Ringstege 13 als eine Art bogenförmige Radialstege, wie es gut in 2 zu erkennen ist.
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Bezugnehmend auf 3 erstreckt sich das Diagonallaufrad über eine axiale Laufradbreite D. Das Verhältnis der Axialerstreckung C der Nachleiteinrichtung zur Laufradbreite D weist in der gezeigten Ausführung einen Wert von 0,5 auf, kann jedoch im Bereich von 0,30-0,75, insbesondere zwischen 0,4 - 0,5 festgelegt werden. Das Verhältnis des maximalen Durchmessers G des Nabenbereichs der Nachleiteinrichtung 3 sowie des maximalen Durchmessers F der Nabe 8 des Diagonallaufrads 4 ist ebenfalls dargestellt, wobei G>F ist.
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In den 1 und 3 ist ferner dargestellt, dass die Ringstege 13 im Bereich der Leitschaufeln 7 axial zu der Anströmkante der jeweiligen Leitschaufeln 7 im Abschnitt 12 vorstehend ausgebildet sind und somit eine Versteifung und Abstützung der Leitschaufeln 7 gewährleisten. Die Leitschaufeln 7 sind sowohl im axialen Querschnitt gesehen bogenförmig gekrümmt als auch im Radialschnitt gemäß 3 nach radial außen gekrümmt, so dass sich eine dreidimensionale Gesamtkrümmung ergibt. Zudem sind die Leitschaufeln 7 im Radialschnitt gemäß 3 gemäß einer Tragfläche profiliert ausgebildet, wobei sich ihre jeweiligen Dicken in Axialrichtung gesehen zunächst vergrößern und anschließend wieder verkleinern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014210373 A1 [0002]
