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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Gebläselüfter zum
Ausblasen von Luft in seiner Zentrifugalrichtung, und spezieller
betrifft sie einen Gebläselüfter mit mehreren
Turboflügeln,
von denen jeder integral am Vorder- oder Hinterrand eines Drehflügels angebracht
ist, um eine Erhöhung
der Strömungsrate
und eine deutliche Verringerung erzeugter Geräusche zu erzielen.
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Beschreibung
der einschlägigen
Technik
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Im Allgemeinen sind Gebläselüfter in
elektronischen Haus haltsgeräten,
wozu Kühlschränke, Klimaanlagen,
Mikrowellenherde usw. gehören,
untergebracht, und sie sind so ausgebildet, dass sie Luft ausblasen,
während
sie durch einen Motor drehend angetrieben werden.
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Die 1 ist
eine Vorderansicht, die die Konstruktion eines herkömmlichen
Axiallüfters
zeigt, die 2 ist eine
Seitenansicht des herkömmlichen
Axiallüfters
und die 3 ist eine Schnittansicht,
die die Konstruktion eines mit dem herkömmlichen Axiallüfter versehenen
Kühlschranks
zeigt.
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Der herkömmliche Axiallüfter, wie
er in den 1 und 2 dargestellt ist, verfügt über eine
Nabe 2, die mit einer Drehwelle eines Motors (nicht dargestellt)
verbunden ist, die durch den Motor gedreht werden kann, und mehrere
Drehflügel 4,
die gleich beabstandet um die Außenumfangsfläche der
Nabe 2 angeordnet sind, um Luft auszublasen.
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Der auf die oben angegebene Weise
konfigurierte Axiallüfter 10 wird
in verschiedenen elektrischen Einheiten einschließlich Kühlschränken, Klimaanlagen,
Mikrowellenherden usw. verwendet. Nun wird ein üblicher Betrieb eines Kühlschranks
mit dem herkömmlichen
Axiallüfter
beschrieben.
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Wie es in der 3 dargestellt ist, ist der Axiallüfter 10 innerhalb
eines Strömungskanals
montiert, der entlang einer Seite eines Gefrierfachs F und eines
Kühlfachs
R ausgebildet ist, und er ist mit einem Motor 12 verbunden.
Der Axiallüfter 10 dient zum
Ausblasen gekühlter
Luft, die durch einen Verdampfer 14 an der Bodenseite des
Gefrierfachs F strömt,
zum Gefrierfach F oder zum Kühlfach
R.
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Genauer gesagt, wird, wenn ein Kompressor 16 und
der Axiallüfter 10 betrieben
werden, ein Kühlmittel
durch den Kompressor 16, einen Kondensator 18,
eine Kapillarleitung (nicht dargestellt) und den Verdampfer 14 umgewälzt. Während des
Umwälzens erfolgt
im Verdampfer 14 ein Wärmeaustausch,
damit das Kühlmittel
für die
gekühlte
Luft sorgen kann, die anschließend
durch den Axiallüfter 10 in
das Gefrierfach F und das Kühlfach
R geliefert wird, um dadurch alle Nahrungsmittel zu kühlen, die
im Gefrierfach F oder im Kühlfach
R untergebracht sind.
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Die gekühlte Luft wird entlang dem
Strömungskanal
umgewälzt,
der sich vom Gefrierfach F zum Kühlfach
R erstreckt, so dass sich im Strömungskanal
ein hoher Luftfluss-Widerstand einstellt. Wegen dieses hohen Luftfluss-Widerstands
verfügt ein
Axiallüfter 10,
wie er üblicherweise
in einem Kühlschrank
verwendet wird, über
relativ große
Abmessungen, und er muss mit hoher Drehzahl gedreht werden.
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Diese Probleme des herkömmlichen
Axiallüfters 10 treten
in anderen elektrischen Einheiten auf, einschließlich Klimaanlagen und Mikrowellenherden, wie
auch in Kühlschränken. Zusammengefasst
gesagt, erhöht
der hohe Luftfluss-Widerstand des Strömungskanals die Größe und die
Drehzahl des Axiallüfters 10.
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Wenn der Axiallüfter 10 in einem Strömungskanal
montiert wird, der einen hohen Luftfluss-Widerstand zeigt, wird
die Strömungsrate
des Lüfters
wegen des hohen Luftfluss-Widerstands verringert. Auch ist das Niveau
der vom Lüfter
erzeugten Geräusche
hoch, da der Motor 12 mit hoher Drehzahl gedreht werden
muss.
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Obwohl ein Turbolüfter, der so ausgebildet ist,
dass er Luft zwangsweise antreibt, dazu angewandt wird, das oben
angegebene Problem betreffend hohen Luftfluss-Widerstand zu lösen, ist
er noch nicht ausreichend dazu, für eine hohe Strömungsrate zu
sorgen.
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Wenn der Gebläselüfter eine Art eines Axiallüfters mit
niedrigem statischem Druck und hoher Strömungsrate ist, der so ausgebildet
ist, dass er entsprechend einer Druckvariation einen großen Bereich
von Strömungsraten
erzielt, ist die Strömungsrate
des Lüfters
verringert und der Pegel der erzeugten Geräusche ist wegen einer Erhöhung des
Luftfluss-Widerstands
erhöht.
Wenn der herkömmliche Gebläselüfter eine
Art eines Turbolüfters
mit hohem statischem Druck und niedriger Strömungsrate ist, wie er herkömmlicherweise
unter Bedingungen mit hohem Luftfluss-Widerstand verwendet wird,
gelingt es immer noch nicht, eine große Luftmenge auszublasen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher erfolgte die Erfindung im Hinblick
auf die obigen Probleme, und es ist eine Aufgabe derselben, einen
Gebläselüfter mit
mehreren Turboflügeln zu
schaffen, von denen jeder integral an einer optimalen Position eines
Drehflügels
installiert ist, um dadurch eine Erhöhung der Strömungsrate
des Lüfters und
eine Verringerung der durch ihn erzeugten Geräusche selbst dann zu erzielen,
wenn der Gebläselüfter in
einem Strömungskanal
montiert wird, der einen relativ hohen Luftfluss-Widerstand zeigt.
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Gemäß einer Erscheinungsform der
Erfindung können
die obige und andere Aufgaben dadurch gelöst werden, dass ein Gebläselüfter mit
Folgendem geschaffen ist: einer zylindrischen Nabe, die mit einer
Drehwelle eines Motors verbunden ist und eine sich horizontal erstreckende
Außenumfangsfläche aufweist,
die so konfiguriert ist, dass ihre beiden Enden denselben Durchmesser
aufweisen; mehreren gleich beabstandeten Drehflügeln, die um die Außenumfangsfläche der
Nabe herum angeordnet sind; und mehreren Turboflügeln, die mit jeweiligen Spitzen
oder Hinterrändern
von mindestens mehr als einem der Drehflügel verbunden sind.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform
der Erfindung können
die obigen und andere Aufgaben dadurch gelöst werden, dass ein Gebläselüfter mit Folgendem
geschaffen ist: einer Nabe, die mit einer Drehwelle eines Motors
verbunden ist und eine geneigte Außenumfangsfläche aufweist,
die so konfiguriert ist, dass ein Lufteinlassende derselben einen kleineren
Durchmesser als ein Luftauslassende derselben aufweist; mehreren
gleich beabstandeten Drehflügeln,
die um die Außenumfangsfläche der Nabe
herum angeordnet sind; und mehreren Turboflügeln, die mit jeweiligen Spitzen
oder Hinterrändern von
mindestens mehr als einem der Drehflügel verbunden sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und
andere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
zu verstehen sein.
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1 ist
eine Vorderansicht, die die Konstruktion eines herkömmlichen
Axiallüfters
zeigt;
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2 ist
eine Seitenansicht des herkömmlichen
Axiallüfters;
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3 ist
eine Schnittansicht, die die Konstruktion eines mit dem herkömmlichen
Axiallüfter versehenen
Kühlschranks
zeigt;
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4 und 5 sind eine Vorderansicht
bzw. eine Seitenansicht, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Axiallüfters (CCW)
zeigen;
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6 und 7 sind eine Vorderansicht
bzw. eine Seitenansicht, die die Konstruktion des erfindungsgemäßen Axiallüfters (CW)
zeigen;
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8 ist
ein Kurvenbild zum Vergleichen einer Variation der Strömungsrate
mit einer Variation des Installationswinkels von Turboflügeln im
erfindungsgemäßen Axiallüfter;
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9 ist
ein Kurvenbild zum Vergleichen einer Variation des Geräuschpegels
mit einer Variation des Installationswinkels der Drehflügel im erfindungsgemäßen Axiallüfter;
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10 und 11 sind eine Vorderansicht
bzw. eine Seitenansicht, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Diagonallüfters (CCW)
zeigen; und
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12 und 13 sind eine Vorderansicht
bzw. eine Seitenansicht, die die Konstruktion des erfindungsgemäßen Diagonallüfters (CW)
zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 4 und 5 sind eine Vorder- bzw.
eine Seitenansicht, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Gebläselüfters (CCW)
zeigen, und die 6 und 7 sind eine Vorder- bzw.
eine Seitenansicht, die die Konstruktion des erfindungsgemäßen Gebläselüfters (CW)
zeigen.
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Der erfindungsgemäße Gebläselüfter ist vom Axiallüftertyp,
wie er in den 4 bis 7 dargestellt ist. Der Axiallüfter 50 verfügt über eine
zylindrische Nabe 52, die mit einer Drehwelle eines Motors
(nicht dargestellt) verbunden ist und über eine sich horizontal erstreckende
Außenumfangsfläche 52a verfügt, die
so konfiguriert ist, dass ein Einlassende derselben, das zum Ansaugen
von Luft ausgebildet ist, den selben Durchmesser wie ein Auslassende
derselben aufweist, das dazu ausgebildet ist, die angesaugte Luft auszublasen.
Der Axiallüfter 50 verfügt ferner über mehrere
gleich beabstandete Drehflügel 54,
die um die Außenumfangsfläche 52a der
Nabe 52 herum angeordnet sind, und mehrere Turboflügel 56,
die jeweils integral mit den Drehflügeln 54 verbunden
sind.
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Die Nabe 52 verfügt über eine
innerhalb der Außenumfangsfläche 52a angeordnete
Drehwellenhalterung 52b. Diese Drehwellenhalterung 52b ist
mit der Außenumfangsfläche 52a der
Nabe 52 verbunden und so ausgebildet, dass in sie die Drehwelle
des Motors passt. Die Turboflügel 56 sind
jeweils integral mit den Drehflügeln 54 verbunden.
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Jeder Drehflügel 54 verfügt über einen
in einem vorderen Abschnitt desselben positionierten Vorderrand 54a,
gesehen in der Rotationsrichtung des Axiallüfters 50, um Luft
anzusaugen, einen Hinterrand 54b, der in einen hinteren
Abschnitt desselben entgegengesetzt zum Vorderrand 54a liegt,
um die angesaugte Luft auszublasen, und eine Spitze 54c,
die als Umfangsabschnitt ausgebildet ist, der die oberen Enden des
Vorderrands 54a und des Hinterrands 54b verbindet.
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Der Drehflügel 54 verfügt zwischen
dem Vorderrand 54a und dem Hinterrand 54b über einen
mittleren gekrümmten
Abschnitt. Der mittlere gekrümmte Abschnitt
des Drehflügels 54 verfügt über eine
bestimmte Krümmung,
so dass der Hinterrand 54b näher am Auslassende der Nabe 52 als
der Vorderrand 54a positioniert ist. Der Drehflügel 54 verfügt ferner über eine
zum Ansaugen von Luft ausgebildete Druckfläche 54d und eine von
der Druckfläche 54d abgewandte
Unterdruckfläche 54e.
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Jeder Turboflügel 56 ist an der
Spitze 54c oder am Hinterrand 54b des zugehörigen Drehflügels 54 befestigt.
Wenn die Anzahl der Drehflügel 54 erhöht wird,
wird der jeweilige Turboflügel 56 näher am Hinterrand 54b installiert.
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Nun wird der Turboflügel 56 hinsichtlich
seiner Installationsposition vollständig erläutert. Wenn der Axiallüfter 50 so
konfiguriert ist, dass er sich in einer Gegenuhrzeigerrichtung CCW,
gesehen von der Druckfläche 54d des
Drehflügels 54 her,
dreht, verfügt
der Turboflügel 56 über einen
Installationswinkel (Θ)
innerhalb eines Bereichs von –50° bis 20°, wie es in
der 4 dargestellt ist.
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Wenn der Axiallüfter so konfiguriert ist, dass er
sich in der Uhrzeigerrichtung CW, gesehen von der Druckfläche 54d des
Drehflügels 54 her,
dreht, verfügt
der Turboflügel 56 über einen
Installationswinkel (Θ)
innerhalb eines Bereichs von –20° bis 50°, wie es in
der 6 dargestellt ist.
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Der Turboflügel 56 verfügt über einen
Längsschnitt
mit einer zum Ansaugen von Luft ausgebildeten Druckfläche 56a an
einer Seite desselben und einer von der Druckfläche 56a abgewandten
Unterdruckfläche 56b an
der anderen Seite desselben. Die Druckfläche 56a und die Unterdruckfläche 56b treffen
an ihrem Ober- und Unterrand jeweils aufeinander. Eine Y-Achse ist
eine gerade Linie, die das Zentrum (bo) des auf die Nabe (52)
getroffenen Flügelabschnitts
und das Zentrum (ho) der Nabe verbindet. Der Oberrand bildet einen
Außenpunkt
F des Turboflügels 56,
und der Unterrand bildet einen Innenpunkt f derselben. Eine vertikale
y-Achse verläuft
Y-Achse und durch den Innenpunkt des Turboflügels. Durch Verbinden des Innen-
und des Außenpunkts
f und F wird eine Mittelachse C in Bezug auf den Längsschnitt
des Turboflügels 56 erhalten.
Der Installationswinkel (Θ)
ist ein zwischen der Mittelachse C und der vertikalen y-Achse definierter
Winkel.
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Wenn die Mittelachse C des Längsschnitts
in der Uhrzeiger richtung CW in Bezug auf die vertikale y-Achse geneigt
ist, ist der Installationswinkel (Θ) als positiver Winkel definiert.
Wenn die Mittelachse C in der Gegenuhrzeigerrichtung CCW in Bezug
auf die vertikale y-Achse geneigt ist, ist der Installationswinkel
(Θ) als
negativer Winkel definiert.
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Die 8 ist
ein Kurvenbild zum Vergleichen einer Variation der Strömungsrate
mit einer Variation des Installationswinkels der Turboflügel im erfindungsgemäßen Axiallüfter, und
die 9 ist ein Kurvenbild
zum Vergleichen einer Variation des Pegels der durch den erfindungsgemäßen Axiallüfter erzeugten
Geräusche
mit einer Variation des Installationswinkels der Turboflügel desselben.
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Nun wird der Axiallüfter 50 mit
dem Turboflügel 56 hinsichtlich
seines Funktionsvermögens
vollständig
erläutert.
Wie es in der 8 dargestellt
ist, zeigt es sich, dass der Axiallüfter 50 bei einem
Installationswinkel (Θ)
von ungefähr –23° eine optimale Strömungsrate
von 1,34 ccm erzielt. D.h., dass dann, wenn der Installationswinkel
(Θ) des
Turboflügels 56 ausgehend
von ungefähr –23° als Mittelpunkt
vergrößert oder
verkleinert wird, die Strömungsrate
des Axiallüfters 50 abnimmt.
Auch zeigt es sich, wie es in der 9 dargestellt
ist, dass der Axiallüfter 50 bei
einem Installationswinkel (Θ)
von ungefähr –20° einen optimalen
Geräuschpegel
von –1,5
dB erzielt. D.h., dass dann, wenn der Installationswinkel (Θ) des Turboflügels 56 ausgehend
von ungefähr –20° als Mittelpunkt
vergrößert oder
verkleinert wird, die Geräuscherzeugung
erhöht
ist.
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Daher ist es beim Axiallüfter 50,
der so ausgebildet ist, dass er sich gesehen von der Druckfläche 54d des
Drehflügels 54 her
in der Gegenuhrzeigerrichtung CCW dreht, möglich, bei einem Installationswinkel
(Θ) von –20° ± 5° die maximale
Strömungsrate
zu erzielen und den Geräuschpegel
effizient zu senken.
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Beim Axiallüfter 50, der so ausgebildet
ist, dass er sich von der Druckfläche 54d des Drehflügels 54 her
gesehen in der Uhrzeigerrichtung CW dreht, ist es möglich, bei
einem Installationswinkel (Θ)
von 20° ± 5° die maximale
Strömungsrate
zu erzielen und den Geräuschpegel
effizient zu senken.
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Die 11 und 12 sind eine Vorder- bzw. eine
Seitenansicht, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Gebläselüfters (CCW)
zeigen, und die 12 und 13 sind eine Vorder- bzw.
eine Seitenansicht, die den erfindungsgemäßen Gebläselüfter (CW) zeigen.
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Der erfindungsgemäße Gebläselüfter ist vom Typ mit Diagonalströmung, wie
er in den 10 bis 13 dargestellt ist. Der Diagonallüfter 60 verfügt über eine
Nabe 62, die mit einer Drehwelle eines Motors (nicht dargestellt)
verbunden ist, mehrere gleich beabstandete Drehflügel 64,
die um die Außenumfangsfläche der
Nabe 62 herum angeordnet sind, und mehrere Turboflügel 66 integral
mit einem jeweiligen der Drehflügel 64.
Die Außenumfangsfläche der Nabe 62 ist
so schräg
gestellt, dass ihr zum Ansaugen von Luft ausgebildetes Einlassende
einen kleineren Durchmesser als ihr zum Ausblasen der angesaugten
Luft ausgebildetes Auslassende aufweist.
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Jeder Turboflügel 66 ist an einer
Spitze 64c oder dem Hinterrand 64b des zugehörigen Drehflügels 64 befestigt.
Wenn sich der Drehflügel 64 gesehen
von seiner Druckfläche 64d her
in der Gegenuhrzeigerrichtung CCW dreht, verfügt der Turboflügel 66 über einen
Installationswinkel (Θ)
innerhalb eines Bereichs von –50° bis 20°, wie es
in der 10 dargestellt
ist. Wenn sich der Drehflügel 64 gesehen
von seiner Druckfläche 64d her
in der Uhrzeigerrichtung CW dreht, ver fügt der Turboflügel 66 über einen
Installationswinkel (0) innerhalb eines Bereichs von –20° bis 50°, wie es
in der 12 dargestellt
ist.
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Im auf die oben angegebene Weise
konfigurierten Diagonallüfter 60 verfügt der Turboflügel 66 über denselben
optimalen Installationswinkel (Θ)
wie der Axiallüfter 50.
D.h., dass dann, wenn sich der Drehflügel 66 gesehen von
der Druckfläche 64d her in
der Gegenuhrzeigerrichtung CCW dreht, der optimale Installationswinkel
(Θ) des
Turboflügels 66 im Bereich
von –20° ± 5° liegt. Wenn
sich der Drehflügel 64 gesehen
von der Druckfläche 64d her
in der Uhrzeigerrichtung CW dreht, liegt der optimale Installationswinkel
(Θ) im
Bereich von 20° ± 5°.
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Die Bezugszahl 64a bezeichnet
den Vorderrand des Drehflügels 64,
und die Bezugszahl 64e bezeichnet eine Unterdruckfläche des
Flügels 64.
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Nachfolgend wird der Betrieb des
Axiallüfters oder
des Diagonallüfters
gemäß der Erfindung
erläutert.
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Als Erstes wird dem Motor, der so
ausgebildet ist, dass er die mit der Drehwelle des Motors verbundene
Nabe 52 oder 62 antreibt, elektrische Energie
zugeführt,
so dass sich die an der Nabe 52 oder 62 befestigten
Drehflügel 54 oder 64 und
die Turboflügel 56 oder 66 gemeinsam
drehen. Während
der Drehung der Drehflügel 54 oder 64 zum
Ansaugen von Luft vom Einlassende der Nabe 52 oder 62 her, wird
die angesaugte Luft durch den Vorderrand 54a oder 64a des
Drehflügels 54 oder 64 aufgeteilt,
um über
die Druckfläche 54d oder 64d bzw.
die Unterdruckfläche 54e oder 64e zu
strömen,
und sie wird dann am Hinterrand 54c oder 64c ausgeblasen.
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Zwischen der Druckfläche 54d oder 64d und der
Unterdruckflä che 54e oder 64e wird
ein bestimmter Druckdifferenzwert erzeugt. Diese Druckdifferenz sorgt
entsprechend der Bernoulli-Gleichung für eine Erhöhung des statischen Drucks
der angesaugten Luft. Demgemäß erzeugt
der Lüfter
eine Druckkraft für
die Luft in einer Richtung rechtwinklig zur Rotationsrichtung des
Gebläselüfters 50 oder 60,
d.h. in einer Zentrifugalrichtung des Lüfters.
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Dann wird die durch die Drehflügel 54 oder 64 strömende angesaugte
Luft aufgrund der Zentrifugalkraft, wie sie durch die Drehung derselben
erzeugt wird, in der radialen Richtung der Drehflügel 54 oder 64 ausgeblasen,
so dass sie durch die Turboflügel 56 oder 66 strömt, die
an den Spitzen 54c oder 64c oder den Hinterrändern 54b oder 64b der
Drehflügel 54 oder 64 angebracht
sind. Während
die Luft durch die Turboflügel 56 oder 66 strömt, wird
sie zwangsweise angetrieben, und sie strömt dann den Strömungskanal
entlang, nachdem sie vom Gebläselüfter 50 oder 60 vollständig ausgeblasen
wurde.
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Wie oben angegeben, zeigt der erfindungsgemäße Gebläselüfter die
Vorteile eines üblichen Axiallüfters oder
eines Diagonallüfters
sowie diejenigen eines Turbolüfters.
D.h., dass der Gebläselüfter eine
hohe Strömungsrate
erzeugen kann, wie ein üblicher
Axiallüfter
oder Diagonallüfter,
der so konfiguriert ist, dass seine Strömungsrate empfindlich auf Druckvariationen
reagieren kann. Auch kann der Gebläselüfter Luft mit hohem statischem
Druck erzeugen, wie ein Turbolüfter,
der so ausgebildet ist, dass er Luft zwangsweise antreibt, obwohl
der Gebläselüfter in
einem Strömungskanal
montiert ist, der einen relativ hohen Luftfluss-Widerstand zeigt.
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Wie es aus der obigen Beschreibung
ersichtlich ist, ist durch die Erfindung ein Gebläselüfter mit Turboflügeln geschaffen,
von denen jeder mit einem gewünschten
Installationswinkel an der Spitze oder am Hinterrand jedes Drehflü gels in
einem Axiallüfter oder
einem Diagonallüfter
ausgebildet ist. So ist es möglich,
eine hohe Strömungsrate
und auch hohen statischen Druck der Luft zu erzeugen.
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Daher ist es möglich, selbst wenn der Gebläselüfter in
einem Strömungskanal
mit relativ hohem Luftfluss-Widerstand montiert wird, die Strömungsrate
des Lüfters
zu erhöhen
und den Pegel der durch ihn erzeugten Geräusche zu senken. Ferner ist
es möglich,
die Betriebszuverlässigkeit
von Erzeugnissen zu erhöhen,
die mit dem oben angegebenen Gebläselüfter ausgerüstet sind.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart wurden, erkennt
der Fachmann, dass verschiedene Modifizierungen, Hinzufügungen und
Ersetzungen möglich
sind, ohne vom Schutzumfang und Grundgedanken der in den beigefügten Ansprüchen offenbarten
Erfindung abzuweichen.