DE202010016847U1

DE202010016847U1 - Lüfteranordnung und deren Anströmkanal

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Publication number: DE202010016847U1
Application number: DE202010016847U
Authority: DE
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-03-23
Anticipated expiration: 2020-12-23

Abstract

Lüfteranordnung (1), umfassend einen Lüfter (2), insbesondere einen Radialventilator, und einen Anströmkanal (3) für den Lüfter (2) mit einem inneren Strömungsraum (4) eines sich über eine Gehäuselänge (L) hin erstreckenden Gehäuses (5), das einen Strömungsquerschnitt (A) des Strömungsraums (4) umschließt, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Eintrittsseite für ein in einer Hauptströmrichtung (R1) ein- und durch den Strömungsraum (4) strömendes Medium durch eine offene Stirnseite des Gehäuses (5) eine Einströmöffnung (6) mit einem Einströmquerschnitt (A1) gebildet ist, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Austrittsseite für das in einer Ausströmrichtung (R2) ausströmende Medium in einer Wand (5a) des Gehäuses (5) eine Ausströmöffnung (7) mit einem Ausströmquerschnitt (AS) gebildet ist, – wobei das Gehäuse (5) auf einer, der Stirnseite mit der Einströmöffnung (6) in Hauptströmrichtung (R1) gegenüberliegenden Stirnseite (8) geschlossen ist, – wobei die Ausströmrichtung (R2) quer zur Hauptströmrichtung (R1) verläuft, und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung, umfassend einen Lüfter, insbesondere einen Radialventilator, und einen Anströmkanal für den Lüfter mit einem inneren Strömungsraum eines sich über eine Gehäuselänge hin erstreckenden Gehäuses, das einen Strömungsquerschnitt des Strömungsraums umschließt,

– wobei in dem Gehäuse an einer Eintrittsseite für ein in einer Hauptströmrichtung ein- und durch den Strömungsraum strömendes Medium durch eine offene Stirnseite des Gehäuses eine Einströmöffnung mit einem Einströmquerschnitt gebildet ist,
– wobei in dem Gehäuse an einer Austrittsseite für das in einer Ausströmrichtung ausströmende Medium in einer Wand des Gehäuses eine Ausströmöffnung mit einem Ausströmquerschnitt gebildet ist,
– wobei das Gehäuse auf einer der Stirnseite mit der Einströmöffnung in Hauptströmrichtung gegenüberliegenden Stirnseite geschlossen ist,
– wobei die Ausströmrichtung quer zur Hauptströmrichtung verläuft, und
– wobei der Lüfter derart montiert ist, dass er durch die Ausströmöffnung das strömende Medium ansaugt.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Anströmkanal einer derartigen Lüfteranordnung.
Eine Lüfteranordnung der genannten Art ist handelsüblich. In einem Ansaug- oder Anströmkanal für einen derartigen Lüfter herrschen im Strömungsquerschnitt quer zur Hauptströmrichtung gesehen erhebliche Gradienten in Bezug auf die strömungstechnischen Parameter, insbesondere, was lokale Geschwindigkeits- und/oder Druckverteilungen betrifft. Dabei führt typischerweise die Umlenkung des Mediums vor dem Eintritt in den Lüfter zum Auftreten von verschiedenen, zeitlichen Schwankungen unterworfenen, strömungsmechanischen Erscheinungen, die sich im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Lüfteranordnung – konkret im Hinblick auf die zur Erzielung eines bestimmten Druckverhältnisses zwischen Druck- und Ansaugseite aufzuwendende Leistung – als Negativfaktoren bemerkbar machen. Auch ein nachteilhaft hoher Geräuschpegel kann dabei zu verzeichnen sein.
Um dem abzuhelfen, wurde vorgeschlagen (u. a. in: WTW Cory, Fans and Ventilation, Elsevir 2005, Seite 65), in den Umlenkbereich des Strömungskanals eine Vielzahl nebeneinander angeordneter gekrümmter Leitschaufeln einzusetzen. Dies hat sich zwar – zumindest teilweise – als wirkungsvoll erwiesen, stellt jedoch eine konstruktiv aufwändige technische Lösung dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lüfteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der mit geringem konstruktiven Aufwand das Auftreten von strömungsmechanischen Erscheinungen, die sich nachteilig auf die Leistungskenngrößen der Lüfteranordnung auswirken können, unterbunden bzw. zumindest minimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuse auf der geschlossenen Stirnseite einen den Strömungsraum begrenzenden Abschluss-Querschnittsbereich aufweist, dessen Fläche kleiner ist als die Fläche des Einströmquerschnitts, wobei sich die Fläche des Strömungsquerschnitts in Hauptströmrichtung zumindest über einen im Bereich der Ausströmöffnung liegenden Abschnitt der Gehäuselänge hin von dem Wert der Fläche des Einströmquerschnitts auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs verringert.
Durch die in Richtung auf das Kanalende hin erfolgende – insbesondere stetig erfolgende – Verringerung des Strömungsquerschnitts entlang der Gehäuselänge, die durch den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs begrenzt wird, kann eine vorteilhaft laminar, verwirbelungfrei und ohne Wandablösungen ausgebildete stationäre Strömung erzielt werden, bei der sich – über den Strömungsquerschnitt gesehen – ein lokaler Maximalwert der Strömungsgeschwindigkeit nur minimal von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit unterscheidet. Ebenso wird vorteilhafterweise eine entsprechende Nivellierung des Druckprofils erzielt, und die an der Stelle der Strömungsumlenkung auftretenden Druckverluste werden minimiert.
In einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lüfteranordnung kann dadurch je nach Förderleistung die Leistungsaufnahme zur Erzielung eines vorgegebenen Druckverhältnisses zwischen Druck- und Ansaugseite bei einem Lüfter in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lüfteranordnung um bis etwa 12 Prozent gegenüber einer im Übrigen baugleichen, nicht erfindungsgemäßen Anordnung erzielt werden. Im Vergleich zu einer Bauweise der Lüfteranordnung ohne Querschnittsverengung in Anströmkanal kann vorteilhafterweise erfindungsgemäß auch eine verringerte Schallleistung – also eine erhebliche Geräuschreduktion – herbeigeführt werden.
Ein im Hinblick auf die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besonders günstiges Strömungsbild des Mediums kann dadurch erreicht werden, dass die Fläche des Strömungsquerschnitts über den Abschnitt der Gehäuselänge hin, in dem sie sich – insbesondere stetig – verringert, Werte durchläuft, die in einem Verhältnisbereich 1 ≥ V ≥ VE liegen, wobei V das Verhältnis der Fläche des Strömungsquerschnitts zur Fläche des Einströmquerschnitts und VE das Verhältnis der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs zur Fläche des Einströmquerschnitts bezeichnen und wobei VE im Bereich 0 < VE ≤ 0,35 liegt. Vor dem Lüftereintritt liegen auf diese Weise im strömenden Medium bereits voroptimierte strömungsmechanische Parameter vor, wobei in der Strömung vorteilhafterweise kein sprunghafter Wechsel aus dem Anströmkanal mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt hin zum Ausströmquerschnitt mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung enthalten. Anhand mehrerer in den beiliegenden Zeichnungsfiguren dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 im Längsschnitt entlang der Linie B-B in 2, ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
2 eine Seitenansicht der rückwärtigen Stirnseite der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
3 eine Aufsicht auf die Längsseite der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
4 eine Seitenansicht der, einen Strömungseintritt für ein Medium bildenden, offenen Stirnseite der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
5 eine Draufsicht auf die erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
6 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
7 in einer 3 entsprechenden Schnittdarstellung, ein Strömungsbild eines, in einem erfindungsgemäßen Anströmkanal der ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung fließenden Mediums,
8 im Vergleich zu 7, die entsprechende Darstellung eines Strömungsbildes in einem nicht erfindungsgemäßen Anströmkanal einer nicht erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
9 in einer 7 entsprechenden Darstellung, einen erfindungsgemäßen Anströmkanal einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
10a in einer 7 und 9 entsprechenden Darstellung, eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
10b in einer 7 und 9 entsprechenden Darstellung, eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung, in einer gegenüber der Ausführung in 10a geringfügig modifizierten Ausführung,
11 im Längsschnitt entlang der Linie B-B in 12, ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
12 eine Seitenansicht der rückwärtigen Stirnseite der vierten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
13 eine Aufsicht auf die Längsseite der vierten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
14 eine Seitenansicht der, einen Strömungseintritt für ein Medium bildenden, offenen Stirnseite der vierten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
15 eine Draufsicht auf die vierte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
16 eine perspektivische Darstellung der vierten Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
17 im Längsschnitt entlang der Linie B-B in 19, ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
18 eine Seitenansicht der rückwärtigen Stirnseite der fünften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
19 eine Aufsicht auf die Längsseite der fünften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
20 eine Seitenansicht der, einen Strömungseintritt für ein Medium bildenden, offenen Stirnseite der fünften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
21 eine Draufsicht auf die fünfte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
22 eine perspektivische Darstellung der fünften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung,
Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.
In den Figuren der Zeichnung sind dieselben Teile auch stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden. In der Darstellung in 8, die zum Vergleich eine nicht erfindungsgemäße Lüfteranordnung zeigt, sind die Teile, die jeweils Teilen in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen, jedoch zusätzlich mit einem Stern bezeichnet.
Wie zunächst aus den Darstellungen in 1 bis 7 für die erste Ausführung der Erfindung – aber in analoger Weise auch aus 10a und 10b für die dritte und 11 bis 16 für die vierte Ausführung sowie aus 17 bis 22 für die fünfte Ausführung – hervorgeht, umfasst eine erfindungsgemäße Lüfteranordnung 1 einen Lüfter 2, insbesondere einen Radialventilator, und einen Anströmkanal 3 für den Lüfter 2 mit einem inneren Strömungsraum 4 und mit einem sich über eine Gehäuselänge L hin erstreckenden Gehäuse 5, das einen Strömungsquerschnitt A (6, 16, 22) des Strömungsraums 4 umschließt. In 7 ist für die erste Ausführung und in 9 für die zweite Ausführung der Lüfter 2 nicht dargestellt.
In dem Gehäuse 5 ist durch eine vollständig offene Stirnseite des Gehäuses 5 eine Einströmöffnung 6 mit einem Einströmquerschnitt A1 gebildet. Die Einströmöffnung 6 befindet sich an einer Eintrittsseite für ein in einer Hauptströmrichtung (Pfeil R1) einströmendes und dann in dieser Richtung R1 den Strömungsraum 4 durchströmendes Medium.
An einer Austrittsseite strömt das Medium in einer Ausströmrichtung (Pfeil R2) aus dem Gehäuse 5 durch eine, in einer seitlichen bzw. – wie dargestellt – oberen Wand 5a befindliche Ausströmöffnung 7, die einen Ausströmquerschnitt AS aufweist, aus. In den in 1 bis 7 – sowie auch 11 bis 16 und 17 bis 22 – dargestellten Ausführungen erfolgt dabei eine Strömungsumlenkung um 90°, d. h. die Ausströmrichtung R2 steht in einem rechten Winkel zur Einströmrichtung R1. Der Lüfter 2 ist dabei derart montiert, dass er durch die Ausströmöffnung 7 das strömende Medium ansaugt.
Das Gehäuse 5 kann bevorzugt, wie in der dargestellten Ausführung gezeigt, eine prismatische Grundgestalt, insbesondere die Form eines Quaders, aufweisen, wobei die Einströmöffnung 6 insbesondere einen rechteckigen Einströmquerschnitt A1 und die Ausströmöffnung 7 einen kreisförmigen Ausströmquerschnitt AS aufweisen. Der Ausströmquerschnitt AS weist dabei einen Durchmesser DA auf, der kleiner ist als eine Breite B des Gehäuses 5 bzw. der oberen Wand 5a, in der sich die Ausströmöffnung 7 befindet. Der Einströmquerschnitt A1 ist unter Berücksichtigung der Gehäusewandstärke als das Produkt aus der Breite B des Gehäuses 5a und einer Höhe H des Gehäuses 5 definiert.
Auf der, der Stirnseite mit der Einströmöffnung 6 in Hauptströmrichtung R1 gegenüberliegenden Stirnseite 8 ist das Gehäuse 5 geschlossen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Gehäuse 5 auf dieser geschlossenen Stirnseite 8 einen, den Strömungsraum 4 begrenzenden Abschluss-Querschnittsbereich A2 aufweist, dessen Fläche kleiner ist als die Fläche des Einströmquerschnitts A1. Die Fläche des Strömungsquerschnitts A verringert sich dabei zumindest über einen Abschnitt AB der Gehäuselänge L hin von dem Wert der Fläche des Einströmquerschnitts A1 auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2. Im unmittelbaren Ansaugbereich des Lüfters ist sie damit kleiner als der Einströmquerschnitt A1.
Die in Richtung R1 auf das Kanalende (Stirnseite 8) hin erfolgende Verringerung des Strömungsquerschnitts A kann entlang der Gehäuselänge L insbesondere stetig erfolgen. Dadurch wird vermieden, dass der Strömungsverlauf des Mediums durch vorspringende Kanten oder dergleichen gestört wird.
Die Fläche des Strömungsquerschnitts A durchläuft solchermaßen sprungfrei über den Abschnitt der Gehäuselänge L hin, in dem sie sich verringert, Werte, die in einem Verhältnisbereich 1 ≥ V ≥ VE liegen. V bezeichnet dabei das Verhältnis der Fläche des Strömungsquerschnitts A zur Fläche des Einströmquerschnitts A1. VE bezeichnet das Verhältnis der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2 zur Fläche des Einströmquerschnitts A1. Das Verhältnis VE kann bevorzugt im Bereich 0 < VE ≤ 0,35 liegen.
Durch den in Richtung R1 auf das Kanalende hin abnehmenden Strömungsquerschnitt A, der minimal den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2 annehmen kann, kann mit geringem konstruktivem Aufwand das Auftreten von strömungsmechanischen Erscheinungen, die sich nachteilig auf die Leistungskenngrößen der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1 auswirken könnten, unterbunden bzw. zumindest erheblich verringert werden.
Dies wird insbesondere durch den Vergleich von 7 und 8 deutlich. Während 7 eine erfindungsgemäße Lüfteranordnung 1 zeigt, in der vorteilhafterweise im Strömungsraum 4 eine laminare, verwirbelungfreie und ohne Wandablösungen ausgebildete stationäre Strömung vorliegt, treten bei der Strömung im Strömungsraum 4* der nicht erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1* vor dem Austritt durch die Ausströmöffnung 7* Ablösungen von den Wänden des Gehäuses, z. B. von der oberen Wand 5a*, und Wirbel W auf. Dies veranschaulicht der jeweilige Verlauf der Strömungslinien S bzw. S*. Strömungslinien S, S*, die weiter auseinanderliegen, verdeutlichen dabei eine geringere lokale Geschwindigkeit als Strömungslinien S, S* mit geringerem gegenseitigem Abschnitt. Aus den Darstellungen ist ersichtlich, dass es im verengten Querschnitt A der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1 zu einer Erhöhung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, wie auch – abgesehen vom Wandbereich – über den Querschnitt A gesehen zu einer Erhöhung der lokalen Geschwindigkeiten kommt.
Bei der Strömung in der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1 weicht dabei über den Strömungsquerschnitt A gesehen – also jeweils längs der Höhe H und längs der Breite B des Gehäuses 5 – ein lokaler Maximalwert der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Strömungsraum 4 nur minimal von einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit ab. Eine Rückströmung wie in den Wirbeln W tritt nicht auf. Dabei wird vorteilhafterweise auch eine entsprechende Nivellierung des Druckprofils erzielt, wodurch die im Bereich der Stelle der Strömungsumlenkung auftretenden Druckverluste auf ein Minimum gesenkt werden. Hieraus resultiert eine Erhöhung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1.
Die beiden in 9 und 10a/10b dargestellten Ausführungen eines erfindungsgemäßen Anströmkanals 3 einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1, dem eine eigenständige erfinderische Bedeutung beigemessen wird, unterscheiden sich von der ersten Ausführung durch einen anderen Winkel α bei der Strömungsumlenkung. Dies kommt dadurch zustande, dass die obere Wand 5a des Gehäuses 5 in einem Bereich 5aa bzw. 5ab an der Austrittsseite des Mediums, wo dieses in seiner Ausströmrichtung R2 durch die Ausströmöffnung 7 aus dem Anströmkanal 3 austritt, nach unten – in Richtung auf die Längsachse Y-Y des Strömungsraumes 3 hin (9) – bzw. nach oben – in Richtung von der Längsachse Y-Y des Strömungsraumes 3 weg (10a/10b) – abgewinkelt ist. Während bei der ersten Ausführung die Ausströmrichtung R2 in einem rechten Winkel α zu Einströmrichtung R1 steht, ist dieser Winkel α bei der zweiten Ausführung (9) größer und bei der dritten Ausführung (10a/10b) kleiner als 90°. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß erzielten vorteilhaften Wirkungen dabei in hohem Maß eintreten, wenn die Ausströmrichtung R2 in einem Winkel α zur Hauptströmrichtung R1 steht, der nicht kleiner als 70° und nicht größer als 110° ist.
Die Querschnittsverengung kommt in den Ausführungen gemäß 1 bis 7, sowie 9 und 10a/10b prinzipiell dadurch zustande, dass in den Strömungsraum 4 ein Leitblech 9 eingebracht ist. Das Leitblech 9 ist derart angeordnet, dass es ausgehend von einer an einer der Auströmöffnung 7 gegenüberliegenden bodenseitigen Wandung 5b des Gehäuses 5 anliegenden vorderen Blechkante 9a in Hauptströmrichtung R1 ansteigt. Das Leitblech 9 ist in fertigungstechnisch einfacher Weise vorzugsweise eben ausgebildet, könnte aber zur weiteren Optimierung der Strömungsparameter auch eine konkave oder konvexe Krümmung aufweisen.
Durch das Verhältnis VE der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2 an der geschlossenen Stirnseite 8, wo eine hintere Blechkante 9b des Leitbleches 9 zur Anlage kommt, zur Fläche des Einströmquerschnitts A1, wird dabei ein Anstiegswinkel μ des Leitblechs 9 bestimmt. Außerdem wird dieser Anstiegswinkel μ auch durch einen Abstand AB der vorderen Blechkante 9a von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5 bestimmt.
Allgemein – also auch bei den weiteren dargestellten Ausführungen – bezeichnet dieser Abstand AB der vorderen Blechkante 9a von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5 einen Ort O im Strömungsraum 4, wo die Querschnittseinengung beginnt, oder – mit anderen Worten – den Abschnitt AB der Gehäuselänge L, auf dem sich der Strömungsquerschnitt A vom Wert der Fläche des Einströmquerschnitts A1 auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2 verringert.
Der Abstand AB kann – wie insbesondere 3, 13 und 19 veranschaulichen – als Summe von zwei Teilabständen a, b aufgefasst werden. Der erste Teilabstand a bezeichnet dabei die Entfernung eines Projektionspunktes P der Mittenachse X-X des Lüfters 2 auf die Bodenwandung 5b des Gehäuses 5 von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5. Der zweite Teilabstand b bezeichnet die Entfernung der vorderen Blechkante 9a von dem Projektionspunkt P der Mittenachse X-X des Lüfters 2 auf die Bodenwandung 5b des Gehäuses 5. Optimale Strömungsverhältnisse liegen dann vor, wenn für den ersten Teilabstand a gilt: 0 ≤ a ≤ 2·DA und wenn für den zweiten Teilabstand b gilt: 0,5·DA ≤ b ≤ 5·DA.
Bei einer Ausführung, bei der die Lüfterachse X-X senkrecht oder in einem größeren Winkel α als einem rechten Winkel auf der Bodenwandung 5b des Gehäuses 5 steht (1 bis 7, 11 bis 22), gilt dabei immer: a ≥ 0,5·DA. Bei einer Ausführung bei der die Lüfterachse X-X in kleineren Winkel α als einem rechten Winkel auf der Bodenwandung 5b des Gehäuses 5 steht (10a), kann dabei auch gelten: a < 0,5·DA.
10b ist eine Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung 1, die nur geringfügige Modifikationen gegenüber der Ausführung in 10a aufweist. Die erste Modifikation besteht darin, dass die geschlossene Stirnseite 8 des Gehäuses 5 und damit auch der den Strömungsraum 4 begrenzende Abschluss-Querschnittsbereich A2 auf dieser geschlossenen Stirnseite 8 in diesem Fall nur durch eine über die Breite B des Gehäuses 5 verlaufende äußerste, am weitesten von der Blechkante 9a entfernte Linie des Leitbleches 9 gebildet ist. Somit ist der Wert der entsprechenden Fläche A2 – und damit die Verhältnisgröße VE – nahezu Null. Dies kommt dadurch zustande, dass der rückseitige Gehäuseabschluss in strömungstechnisch verbesserter Ausführung oberseitig durch eine Schrägwand 8a gebildet ist, die in einem Winkel β zur Längsachse Y-Y des Strömungsraumes 3 steht, der nicht rechtwinklig wie in den anderen Ausführungen ist, sondern kleiner als 90°. Im Rahmen einer zweiten Modifikation bildet das Leitblech 9 in diesem Fall als rückseitiger Gehäuseabschluss unterseitig – in materialökonomisch günstiger Ausführung gegenüber 10a (und auch 1 bis 7 sowie 9) – einen bodenseitigen Teil des Gehäuses 5. Der in den vorstehend beschriebenen, anderen Ausführungen nicht durchströmte Gehäuseteil wurde also weggelassen.
Auch bei dieser Modifikation besteht ein Abstand AB der vorderen Blechkante 9a von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5, der den Abschnitt AB der Gehäuselänge L bezeichnet, auf dem sich der Strömungsquerschnitt A vom Wert der Fläche des Einströmquerschnitts A1 auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs A2 verringert. Auch hier kann dieser Abstand AB – wie 10b veranschaulicht – als Summe von zwei Teilabständen a1, b1 aufgefasst werden. Der erste Teilabstand a1 bezeichnet dabei hier jedoch – in anderer geometrischer Beschreibungsart als in 10a – die parallel zur Längsachse Y-Y des Strömungsraums 3 gemessene axiale Entfernung eines Projektionspunktes P1 der Mittenachse X-X des Lüfters 2 auf das Leitblech 9 von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5. Der zweite Teilabstand b1 bezeichnet die entsprechende axiale Entfernung der vorderen Blechkante 9a (Punkt O) von diesem Projektionspunkt P1.
Optimale Strömungsverhältnisse liegen dann vor, wenn der Abschnitt AB und dessen Teilabstände a1, b1 derart bemessen sind, dass gilt:
0,5·DA ≤ AB ≤ 7·DA,
0 ≤ a1 ≤ 3·DA,
0,5·DA ≤ a0 ≤ 2·DA und
0,2·DA ≤ e ≤ DA.
Die in 10b mit dem Bezugszeichen a0 bezeichnete Größe stellt dabei einen Abstand eines Punktes P0, der als Durchtrittspunkt der Lüfterachse X-X den Mittelpunkt der Ausströmöffnung 7 bildet, zur geschlossenen Stirnseite 8 bzw. zur hinteren Kante 9b des Leitbleches parallel zur Längsachse Y-Y des Strömungsraumes 3 dar. Die in 10b mit dem Bezugszeichen e bezeichnete Größe stellt den Abstand dieses Punktes P0 zu einem Punkt P1 dar, der sich als Projektionspunkt durch Projektion der Lüfterachse X-X auf das Leitblech 9 ergibt. Der zweite Teilabstand b1 ergibt sich hierbei indirekt durch die angegebenen Bemessungsregeln. Da diese Bemessungsregeln eine ingenieurmäßig weit gefasste Dimensionierung darstellen, ist es auch möglich, darin anstelle des Durchmessers DA der Ausströmöffnung 7 den Außendurchmesser D des Lüfters 2 (Nenndurchmesser) zu verwenden, insbesondere dann, wenn sich diese Durchmesser DA, D um weniger als 20 Prozent unterscheiden.
In der Ausführung gemäß 11 bis 16 kommt die Querschnittsverengung ebenfalls dadurch zustande, dass in den Strömungsraum 4 ein gekrümmtes, insbesondere symmetrisch gekrümmtes, Leitblech 10 eingebracht ist. Das Leitblech 10 ist derart angeordnet, dass es ausgehend von an den beiden Seitenwänden 5c, 5d des Gehäuses 5 anliegenden vorderen Blechkanten 10a, 10b durch seine konkave Krümmung den Strömungsquerschnitt A in Hauptströmrichtung R1 verringert. Die Blechkrümmung kann dabei beispielsweise kreisförmig, wie dargestellt, parabolisch oder auch elliptisch sein. Der den Strömungsraum 4 begrenzende Abschluss-Querschnittsbereich A2 auf der geschlossenen Stirnseite 8 ist in diesem Fall nur durch eine über die Höhe H des Gehäuses 5 verlaufende äußerste, am weitesten von den Blechkanten 10a, 10b entfernte Linie des gekrümmten Leitbleches 10 gebildet. Somit ist der Wert der entsprechenden Fläche A2 – und damit die Verhältnisgröße VE – nahezu Null. Das Leitblech 10 bildet in diesem Fall auch einen geschlossenen stirnseitigen Abschluss für den Anströmkanal 3. Wenn das gekrümmte Leitblech 10 dabei nicht unmittelbar an der geschlossenen Stirnseite 8 anliegt, ist – wie in 11 und 16 dargestellt – die effektive Gehäuselänge L des Strömungsraums 4 durch den Einbau des Leitbleches 10 gegenüber der Gehäuselänge L gemäß den anderen dargestellten Ausführungen reduziert. Der Abstand AB der vorderen Blechkanten 10a, 10b von der hinteren geschlossenen Stirnseite 8 des Gehäuses 5 bestimmt auch hier den Ort O im Strömungsraum 4, wo die Querschnittseinengung beginnt bzw. den Abschnitt AB der Gehäuselänge L, auf dem die Einengung des Strömungsquerschnitts A stattfindet.
Die Ausführung gemäß 17 bis 22 ist der vorstehend beschriebenen Ausführung insofern ähnlich, als die Querschnittsverjüngung dadurch zustande kommt, dass der Strömungsraum 4 seitlich der Ausströmöffnung 7 verkleinert wird. Im Gegensatz zur ersten Ausführung, bei der bei konstanter Breite B eine Verringerung der effektiven Höhe H des Anströmkanals 3 vorgesehen ist, erfolgt hier bei konstanter Höhe H eine Verringerung der Breite B des Anströmkanals 3.
Ein Leitblech 10 wie in der Ausführung gemäß 11 bis 16 ist dazu nicht notwendig, da die seitlichen Gehäusewände 5c, 5d diese Funktion übernehmen. Der Grundriss des Gehäuses 5 ist dabei zumindest über den im Bereich der Ausströmöffnung 7 liegenden Abschnitt AB der Gehäuselänge L, welcher von Bedeutung für die Strömungsumlenkung und Ausströmung des Mediums aus dem Anströmkanal 3 ist, aufgrund der in Richtung auf die geschlossene Stirnseite 8 hin konvergierenden Seitenwände 5c, 5d des Gehäuses 5 trapezförmig ausgebildet.
Bei einem geförderten Volumenstrom von etwa 1000 m³/h und einer Erhöhung des statischen Drucks um etwa 55 Pa zwischen Druck- und Ansaugseite konnte die Leistungsaufnahme bei einem Lüfter in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lüfteranordnung 1 um bis zu 200 W gegenüber einer im Übrigen bau- und im Hiblick auf die Betriebsbedingungen gleichen, jedoch nicht erfindungsgemäßen Anordnung erzielt werden. Im Vergleich zu einer Bauweise der Lüfteranordnung 1 ohne Querschnittsverengung im Anströmkanal 3 konnte dabei vorteilhafterweise erfindungsgemäß auch die Schallleistung um 3 dB (A) verringert werden.
Wie bereits aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel und Maßnahmen. So fällt es auch in den Rahmen der Erfindung, wenn sich zwischen dem Lüfter 2 und der Ausströmöffnung 7 – wie dargestellt – ein sich insbesondere düsenartig verjüngender Übergangsabschnitt 11 befindet, der vorteilhafterweise zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Strömung führt.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist die Anspruchsfassung lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Bezugszeichenliste

1: Lüfteranordnung
1*: Lüfteranordnung, nicht erfindungsgemäß (nur 8)
2: Lüfter von 1
3: Anströmkanal von 1
3*: Anströmkanal von 1* (nur 8)
4: Strömungsraum in 3
4*: Strömungsraum in 3* (nur 8)
5: Gehäuse um 3
5*: Gehäuse um 3* (nur 8)
5a: obere Wand von 5 (mit 7)
5aa: abgesenkter Bereich von 5a mit 7 (9)
5ab: angehobener Bereich von 5a mit 7 (10a, 10b)
5a*: obere Wand von 5* (nur 8)
5b: Bodenwand von 5 (gegenüber 7)
5b*: Bodenwand von 5* (gegenüber 7*)
5c: Seitenwand von 5
5d: Seitenwand von 5
6: Einströmöffnung von 5 in 4
6*: Einströmöffnung von 5* in 4* (nur 8)
7: Ausströmöffnung von 5 aus 4
7*: Ausströmöffnung von 5* aus 4* (nur 8)
8: geschlossene Stirnseite von 5
8a: rückseitige Schrägwand von 5 (nur 10b)
8*: geschlossene Stirnseite von 5* (nur 8)
9: ebenes Leitblech in 3 (1 bis 7, 9, 10a, 10b)
9a: vordere Kante von 9
9b: hintere Kante von 9
10: gekrümmtes Leitblech in 3 (11 bis 16)
10a: vordere Kante von 10
10b: vordere Kante von 10
11: Übergangsabschnitt 7/2
A: Querschnitt von 4 (allgemein)
A*: Querschnitt von 4* (allgemein)
A1: Querschnitt von 4, eintrittsseitig
A1*: Querschnitt von 4*, eintrittsseitig
A2: Querschnitt von 4 endseitig
AB: Abschnitt der Querschnittsverringerung
AS: Querschnitt von 7
AS*: Querschnitt von 7*
a: erster Teilabstand von AB
a0: Abstand parallel zu Y-Y von P0 zu 8/9b (nur 10b)
a1: erster Teilabstand von AB, Abstand parallel zu Y-Y von P1 zu 8/9b (nur 10b)
B: Breite von 5
b: zweiter Teilabstand von AB
b1: zweiter Teilabstand von AB, Abstand parallel zu Y-Y von O zu P1 (nur 10b)
D: Außendurchmesser von 2, Nenndurchmesser (nur 10b)
DA: Durchmesser von 7
DA*: Durchmesser von 7*
e: Abstand zwischen P0 und P1 (nur 10b)
H: Höhe von 5
H*: Höhe von 5*
L: Länge von 5
O: Beginn der Querschnittsverringerung in 4
P: Projektionspunkt von X-X auf 5b
P0: Mittelpunkt von 7
P1: Projektionspunkt von X-X auf 9
R1: Einströmrichtung, Hauptströmrichtung in 3, 4
R2: Ausströmrichtung aus 3, 4
S: Strömungslinie (7, erfindungsgemäß)
S*: Strömungslinie (8, nicht erfindungsgemäß)
V: Verhältnis A/A1
VE: Verhältnis A2/A1
W: Wirbel (8, nicht erfindungsgemäß)
X-X: Lüfterachse von 2
Y-Y: Kanalachse von 3
α: Winkel zwischen R1 (Y-Y) und R2 (X-X)
β: Winkel zwischen 8a und Y-Y
μ: Anstiegswinkel von 9 gegenüber 5b

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

WTW Cory, Fans and Ventilation, Elsevir 2005, Seite 65 [0004]

Claims

Lüfteranordnung (1), umfassend einen Lüfter (2), insbesondere einen Radialventilator, und einen Anströmkanal (3) für den Lüfter (2) mit einem inneren Strömungsraum (4) eines sich über eine Gehäuselänge (L) hin erstreckenden Gehäuses (5), das einen Strömungsquerschnitt (A) des Strömungsraums (4) umschließt, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Eintrittsseite für ein in einer Hauptströmrichtung (R1) ein- und durch den Strömungsraum (4) strömendes Medium durch eine offene Stirnseite des Gehäuses (5) eine Einströmöffnung (6) mit einem Einströmquerschnitt (A1) gebildet ist, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Austrittsseite für das in einer Ausströmrichtung (R2) ausströmende Medium in einer Wand (5a) des Gehäuses (5) eine Ausströmöffnung (7) mit einem Ausströmquerschnitt (AS) gebildet ist, – wobei das Gehäuse (5) auf einer, der Stirnseite mit der Einströmöffnung (6) in Hauptströmrichtung (R1) gegenüberliegenden Stirnseite (8) geschlossen ist, – wobei die Ausströmrichtung (R2) quer zur Hauptströmrichtung (R1) verläuft, und – wobei der Lüfter (2) derart montiert ist, dass er durch die Ausströmöffnung (7) das strömende Medium ansaugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) auf der geschlossenen Stirnseite (8) einen den Strömungsraum (4) begrenzenden Abschluss-Querschnittsbereich (A2) aufweist, dessen Fläche kleiner ist als die Fläche des Einströmquerschnitts (A1), wobei sich die Fläche des Strömungsquerschnitts (A) in Hauptströmrichtung (R1) zumindest über einen im Bereich der Ausströmöffnung (7) liegenden Abschnitt (AB) der Gehäuselänge (L) hin von dem Wert der Fläche des Einströmquerschnitts (A1) auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs (A2) verringert.
Lüfteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Strömungsquerschnitts (A) über den Abschnitt (AB) der Gehäuselänge (L) hin, in dem sie sich – insbesondere stetig – verringert, Werte durchläuft, die in einem Verhältnisbereich 1 ≥ V ≥ VE liegen, wobei V das Verhältnis der Fläche des Strömungsquerschnitts (A) zur Fläche des Einströmquerschnitts (A1) und VE das Verhältnis der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs (A2) zur Fläche des Einströmquerschnitts (A1) bezeichnen und wobei VE im Bereich 0 < VE ≤ 0,35 liegt.
Lüfteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) eine prismatische Grundgestalt, insbesondere die Form eines Quaders, aufweist, wobei die Einströmöffnung (6) insbesondere einen rechteckigen Einströmquerschnitt (A1) und die Ausströmöffnung (7) einen kreisförmigen Ausströmquerschnitt (AS) aufweisen, und wobei der Ausströmquerschnitt (AS) einen Durchmesser (DA) aufweist, der kleiner ist als eine Breite (B) der Wand (5a), in der sich die Ausströmöffnung (7) befindet.
Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (7) eine Ansaugöffnung für den Lüfter (2) bildet.
Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmrichtung (R2) in einem Winkel (α) zur Hauptströmrichtung (R1) steht, der nicht kleiner als 70° und nicht größer als 110° ist.
Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (AB) der Gehäuselänge (L), auf dem sich der Strömungsquerschnitt (A) verringert, ein Abstand (AB) zwischen einem Ort (O) der beginnenden Querschnittsverringerung und der hinteren geschlossenen Stirnseite (8) des Gehäuses (5) ist, wobei dieser Abstand (AB) als Summe aus zwei Teilabständen (a, b) gebildet ist, von denen der erste Teilabstand (a) die Entfernung bezeichnet, die ein Projektionspunkt (P) der Mittenachse (X-X) des Lüfters (2) auf einer Bodenwandung (5b) des Gehäuses (5) von der hinteren geschlossenen Stirnseite (8) des Gehäuses (5) hat, und von denen der zweite Teilabstand (b) die Entfernung bezeichnet, die der Ort (O) der beginnenden Querschnittsverringerung von dem Projektionspunkt (P) hat.
Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Strömungsquerschnitts (A) durch ein in den Strömungsraum (4) eingebrachtes Leitblech (9, 10) herbeigeführt ist.
Lüfteranordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (9) ausgehend von einer vorderen Blechkante (9a) des Leitbleches (9), die an einer der Ausströmöffnung (7) gegenüberliegenden Wandung (5b) des Gehäuses (5) anliegt, in Hauptströmrichtung (R1) ansteigt.
Lüfteranordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (10) ausgehend von zwei vorderen Blechkanten (10a, 10b), die an seitlich der Ausströmöffnung (7) angeordneten Wänden (5c, 5d) des Gehäuses (5) anliegen, in Hauptströmrichtung (R1) konkav gekrümmt ist.
Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Strömungsquerschnitts (A) durch in Richtung auf die geschlossene Stirnseite (8) hin konvergierende Seitenwände (5c, 5d) des Gehäuses (5) 10) herbeigeführt ist.
Anströmkanal (3) für eine Lüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem inneren Strömungsraum (4) und mit einem sich über eine Gehäuselänge (L) hin erstreckenden Gehäuse (5), das einen Strömungsquerschnitt (A) des Strömungsraums (4) umschließt, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Eintrittsseite für ein in einer Hauptströmrichtung (R1) ein- und durch den Strömungsraum (4) strömendes Medium durch eine offene Stirnseite des Gehäuses (5) eine Einströmöffnung (6) mit einem Einströmquerschnitt (A1) gebildet ist, – wobei in dem Gehäuse (5) an einer Austrittsseite für das in einer Ausströmrichtung (R2) ausströmende Medium in einer Wand (5a) des Gehäuses (5) eine Ausströmöffnung (7) mit einem Ausströmquerschnitt (AS) gebildet ist, – wobei das Gehäuse (5) auf der, der Stirnseite mit der Einströmöffnung (6) in Hauptströmrichtung (R1) gegenüberliegenden Stirnseite (8) geschlossen ist, – wobei die Ausströmrichtung (R2) quer zur Hauptströmrichtung (R1) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) auf der geschlossenen Stirnseite (8) einen den Strömungsraum (4) begrenzenden Abschluss-Querschnittsbereich (A2) aufweist, dessen Fläche kleiner ist als die Fläche des Einströmquerschnitts (A1), wobei sich die Fläche des Strömungsquerschnitts (A) in Hauptströmrichtung (R1) zumindest über einen im Bereich der Ausströmöffnung (7) liegenden Abschnitt (AB) der Gehäuselänge (L) hin von dem Wert der Fläche des Einströmquerschnitts (A1) auf den Wert der Fläche des Abschluss-Querschnittsbereichs (A2) verringert.
Anströmkanal (3) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 10.