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Die Erfindung betrifft ein Halbspiralgehäuse eines Radialventilators.
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Halbspiralgehäuse von Radialventilatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise bei Aufdachklimaanlagen von Omnibussen eingesetzt. Dabei erstrecken sich die Halbspiralgehäuse in Umfangsrichtung über 180° einer logarithmischen Spirale und sind als Teil des Radialventilators in der Verdampfereinheit integriert. Die Luft wird axial über eine Ansaugöffnung angesaugt und nach Durchlaufen des Druckraums radial ausgeblasen. Im Stand der Technik werden spiralförmige Druckräume mit logarithmischem Spiralradius eingesetzt. Der logarithmische Spiralradius ist mathematisch durch die Größe des Druckraums festgelegt und führt deshalb zu einer vorbestimmten Bauhöhe des Halbspiralgehäuses.
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Da die Bauhöhe an Einsatzorten wie Aufdachklimaanlagen sehr beschränkt ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Halbspiralgehäuse mit reduziertem Bauraumbedarf bereit zu stellen. Zudem soll vorsehbar sein, dass sich das Halbspiralgehäuse bezüglich der Effizienz und Geräuschbildung des Radialventilators nicht oder nur geringfügig negativ auswirkt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Halbspiralgehäuse eines Radialventilators mit einem sich in Umfangsrichtung um eine axiale Ansaugöffnung zu einer radialen Ausblasöffnung erstreckenden, spiralförmigen Druckraum vorgeschlagen, der in Umfangsrichtung gesehen zumindest in einen Anfangsabschnitt, einen Mittelabschnitt und einen Ausblasabschnitt unterteilt ist. Die Ansaugöffnung bestimmt eine zentrale Rotationsachse für ein Ventilatorrad und das Zentrum der Spirale. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein gemittelter Halbspiralgehäuseradius, um die Rotationsachse gesehen, im Anfangsabschnitt, Mittelabschnitt und Ausblasabschnitt variiert und im Ausblasabschnitt sein Maximum aufweist, wobei der Halbspiralgehäuseradius im Mittelabschnitt in einem eine Maximalhöhe des Halbspiralgehäuses bestimmenden Bereich gegenüber einem logarithmischen Spiralradius verkleinert ist. Die Form der logarithmischen Spirale wird über den logarithmischen Spiralradius in Abhängigkeit vom Umfangswinkel um die Rotationsachse bestimmt, wobei ihre Erstreckung bzw. ihr Verlauf mathematisch festgelegt ist. Der Steigungswinkel kann dabei variabel und bedarfsgerecht festgelegt werden.
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Dies hat zur Folge, dass die Maximalhöhe des Halbspiralgehäuses gegenüber einem Halbspiralgehäuse mit einem Halbspiralgehäuseradius, der dem logarithmischen Spiralradius entspricht, in Umfangsrichtung gesehen in dem die Maximalhöhe des Halbspiralgehäuses bestimmenden Bereich des Mittelabschnitts lokal reduziert ist. Das erfindungsgemäße Halbspiralgehäuse baut mithin kompakter und kann beispielsweise auch in einem regelmäßigen Einsatzort abgerundeter Randbereiche der Verdampfereinheiten von Aufdachklimaanlagen von Omnibussen integriert werden.
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In einer bezüglich Effizienz und Geräuschbildung vorteilhaften Ausführung des Halbspiralgehäuses ist vorgesehen, dass das Halbspiralgehäuse eine Axialverbreiterung des Druckraums zumindest im Mittelabschnitt aufweist. Die Axialverbreiterung vergrößert eine Strömungsquerschnittsfläche des Druckraums um einen Wert, der zumindest dem Wert entspricht, um den die Strömungsquerschnittsfläche des Druckraums durch die Verkleinerung des Mittelabschnitts gegenüber dem logarithmischen Spiralradius reduziert ist. Somit sind die Einbußen des Strömungsquerschnitts durch eine radiale Bauraumverringerung durch eine axiale Verbreiterung egalisiert. Ferner wird dadurch erreicht, dass die Druckumwandlung von dynamischem Druck in statischen Druck innerhalb des spiralförmigen Druckraums über den Umfang kontinuierlich aufrecht erhalten wird. Dies begünstigt eine hohe Effizienz des das Halbspiralgehäuse umfassenden Radialventilators.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Halbspiralgehäuses entspricht der Halbspiralgehäuseradius zumindest an einem Übergang in Umfangsrichtung zwischen dem Anfangsabschnitt und dem Mittelabschnitt sowie dem Mittelabschnitt und dem Ausblasabschnitt dem logarithmischen Spiralradius. Zudem weisen in einer Weiterbildung des Halbspiralgehäuses der Anfangsabschnitt und der Ausblasabschnitt eine Erstreckung in Umfangsrichtung entlang dem logarithmischen Spiralradius auf. Das bedeutet, dass ausschließlich im Mittelabschnitt des Druckraums die Geometrie des Halbspiralgehäuses gegenüber einer dem logarithmischen Spiralradius entsprechenden Spiralform in der oben beschriebenen Weise angepasst ist. In Umfangsrichtung gesehen verlaufen die übrigen Abschnitte entsprechend dem logarithmischen Spiralradius.
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Als Ausführungsbeispiel umfasst die Erfindung zudem ein Halbspiralgehäuse, dessen Halbspiralgehäuseradius sich im Mittelabschnitt des Druckraums in eine axiale Richtung verringert. Beispielsweise kann eine axiale Hälfte des Halbspiralgehäuses hierzu eine geringere Radialerstreckung aufweisen als die andere axiale Hälfte des Halbspiralgehäuses.
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Günstig ist ferner eine Ausführung des Halbspiralgehäuses, bei der sich eine Radialerstreckung des Druckraums in dem die Maximalhöhe des Halbspiralgehäuses bestimmenden Bereich des Mittelabschnitts von einer ersten Axialseite des Halbspiralgehäuses zu einer gegenüberliegenden zweiten Axialseite des Halbspiralgehäuses, vorzugsweise über die gesamten Breite verkleinert. Dabei verläuft eine radiale Druckraumwand, d. h. die die Axialseiten des Halbspiralgehäuses verbindende Druckraumwand, in einem Winkelbereich von δ = 1°–20°, weiter bevorzugt in einem Winkelbereich von δ = 3°–12°, geneigt gegenüber der Rotationsachse bzw. gegenüber einer zur Rotationsachse parallel verlaufenden Axialebene. Die Neigung bedingt einen Druckraumverlauf, der in einer radialen Schnittansicht von der einen zur anderen Axialseite des Halbspiralgehäuses auf die Rotationsachse zuläuft, so dass sich die Radialerstreckung des Druckraums in Axialrichtung über die gesamte axiale Breite verringert. Der radial äußerste Bereich des Druckraums im Mittelabschnitt weist damit im Radialschnitt gesehen eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, wobei die Ecken gerundet sein können.
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Als strömungstechnisch vorteilhafte Ausführung des Halbspiralgehäuses hat sich erwiesen, wenn sich in Umfangsrichtung gesehen der Anfangsabschnitt in Umfangsrichtung um die Rotationsachse über einen Winkelbereich von α = 20°–110°, weiter bevorzugt über einen Winkelbereich von α = 40°–75°, und der Mittelabschnitt über einen Winkelbereich von β = 30°–200°, weiter bevorzugt über einen Winkelbereich von β = 120°–160° um die Rotationsachse erstrecken.
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Ferner ist eine Ausführung strömungstechnisch vorteilhaft, bei der das Halbspiralgehäuse dadurch gekennzeichnet ist, dass die in Umfangsrichtung gesehenen Übergänge zwischen dem Anfangsabschnitt und dem Mittelabschnitt sowie dem Mittelabschnitt und dem Ausblasabschnitt tangential verlaufen.
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In einer Weiterbildung ist das Halbspiralgehäuse aus zwei axialen Seitenteilen gebildet. Die gedachte axiale Trennlinie kann dabei axial mittig durch das Halbspiralgehäuse verlaufen. Die Gestaltungsfreiheit zur Anpassung der Druckraumgeometrie ist bei einer zweiteiligen Ausführung erheblich größer.
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In einer Ausführung ist beispielsweise vorgesehen, dass eines der zwei Seitenteile im Mittelabschnitt in eine Axialrichtung gegenüber dem logarithmischen Spiralradius stärker verkleinert ist als das zweite Seitenteil.
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Ferner wird bei einer weiteren Ausführungsvariante des Halbspiralgehäuses vorgesehen, dass die Ansaugöffnung eine sich parallel zur Rotationsachse erstreckende Einlaufdüse aufweist, deren Strömungsquerschnitt sich über ihren Axialverlauf verringert. An die Ansaugöffnung und die Einlaufdüse schließt sich im Mittelabschnitt in radialer Richtung unmittelbar die Verjüngung des Druckraums durch den lokal gegenüber dem logarithmischen Spiralradius verkleinerten Halbspiralgehäuseradius an.
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Als strömungstechnisch vorteilhaft hat sich ferner ein Halbspiralgehäuse erwiesen, dessen Strömungsquerschnittsfläche im Anfangsabschnitt und Ausblasabschnitt des Druckraums oval, elliptisch, rechteckig oder rechteckig mit verrundeten Ecken ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist eine Ausführung günstig, bei der eine Ausblasfläche des Halbspiralgehäuses durch den Ausblasabschnitt gebildet wird und rechteckig oder rechteckig mit verrundeten Ecken geformt ist.
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Eine Weiterbildung des Halbspiralgehäuses sieht zudem vor, dass an der Ansaugöffnung oder der Einlaufdüse ein konvex geformtes Vorleitgitter angeordnet ist. Das Vorleitgitter beeinflusst die Zuströmung und leitet die angesaugte Luftströmung mit seinen Gitterstegen vorbestimmt in die Einlaufdüse und Ansaugöffnung hinein, so dass Zusatzgeräusche durch eine gestörte Zuströmung, beispielsweise durch eine asymmetrische Ansaugsituation, vermieden werden.
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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:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbspiralgehäuses;
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2 eine erste Seitenansicht des Halbspiralgehäuses aus 1;
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3 eine Schnittansicht A-A des Halbspiralgehäuses aus 2;
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4 eine Schnittansicht C-C des Halbspiralgehäuses aus 2;
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5 eine Einbausituation des Halbspiralgehäuses aus 1.
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Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.
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Die 1–4 zeigen ein Halbspiralgehäuse 1 für einen Radialventilator in einer perspektivischen Ansicht einer Seitenansicht und zwei Schnittansichten A-A und C-C. Das Halbspiralgehäuse 1 ist aus zwei Seitenteilen 3, 4 zusammengesetzt und umfasst eine axiale Ansaugöffnung 5 am Seitenteil 3, über die Luft axial angesaugt und radial über die im Wesentlichen rechteckige Ausblasfläche 10 ausgeblasen wird. Auf der gegenüberliegenden Axialseite ist eine Öffnung 15 zur Motoranordnung am Seitenteil 4 ausgebildet. Die Ansaugöffnung 5 hat in ihrem Zentrum die Rotationsachse 11 für ein in dem Halbspiralgehäuse 1 im Betrieb rotierendes Ventilatorrad (nicht gezeigt). Das Halbspiralgehäuse 1 bildet im Inneren einen sich um die Ansaugöffnung 5 ersteckenden Druckraum, im dem der dynamische Druck in statischen Druck umgewandelt wird. Der Druckraum ist in Umfangsrichtung gesehen in einen Anfangsabschnitt 7, einen Mittelabschnitt 8 und einen Ausblasabschnitt 9 unterteilt.
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Der Anfangsabschnitt 7 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 11 über den Winkel α = 60° entlang dem logarithmischen Spiralradius rlog und geht tangential in den sich über einen Winkel von β = 140° um die Rotationsachse 11 verlaufenden Mittelabschnitt 8 über, wie insbesondere in 2 und 4 gezeigt. Der Ausblasabschnitt 9 erstreckt sich über den verbleibenden Winkelbereich bis zur Ausblasfläche 10 und verläuft wie der Anfangsabschnitt 7 entlang dem logarithmischen Spiralradius rlog.
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Das Halbspiralgehäuse 1 weist im Mittelabschnitt 8 seine Maximalhöhe H auf, erstreckt sich dort jedoch nicht entlang dem logarithmischen Spiralradius rlog, sondern weist einen reduzierten gemittelten Halbspiralgehäuseradius auf und ist mithin in radialer Richtung kleiner ausgebildet. In der gezeigten Ausführung ist dies am deutlichsten in der Schnittansicht gemäß 3 zu erkennen, wobei die Verkleinerung des gemittelten Halbspiralgehäuseradius durch die gegenüber der zur Rotationsachse 11 parallel verlaufenden Axialebene 32 um den Winkel δ = 7° geneigte radiale Druckraumwand 31 erreicht wird. Der tatsächliche Halbspiralgehäuseradius r(δ, z) ist abhängig von der Axialposition z sowie dem Winkel δ und verringert sich in Axialrichtung von der Außenwand des Seitenteils 3 in Richtung der Außenwand des Seitenteils 4. Die Maximalhöhe H(δ, z) des Halbspiralgehäuses 1 ist gegenüber dem herkömmlichen Halbspiralgehäuse mit dem logarithmischen Spiralradius rlog und einer Maximalhöhe Hlog um den Wert ΔH(δ, z) verringert. Es ergibt sich dabei eine Verkleinerung der Strömungsquerschnittsfläche von ΔAlog. Die Maximalhöhe H(δ, z) ist berechenbar als H(δ, z) = Hlog – ΔH(δ, z) = Hlog – (rlog – r(δ, z)) = h + r(δ, z), wobei h den lotrechten Abstand von der Rotationsachse 11 zur Ausblasfläche 10 bestimmt. 3 zeigt die Schnittansicht A-A aus 2 und mithin die Strömungsquerschnittsfläche im Mittelabschnitt 8 innerhalb des Winkelbereichs β mit dem Verlauf des Halbspiralgehäuseradius r(δ, z) durch die beiden Seitenteile 3, 4. Die beiden Flächen A1 und A2 bilden eine Axialverbreiterung des Druckraums im Mittelabschnitt 8 gegenüber Außenwandflächen der Seitenteile 3, 4 mit der Breite B, welche die Verkleinerung der Strömungsquerschnittsfläche ΔAlog ausgleichen, so dass gilt ΔAlog = A1 + A2. Der radial äußerste Bereich des Druckraums im Mittelabschnitt 8 weist mithin im Radialschnitt gemäß 3 eine im Wesentlichen dreieckige Form mit gerundeten Ecken auf.
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In den 3 und 4 sind in gestrichelter Linie jeweils als Vergleich der Verlauf auch des Mittelabschnitts entlang dem logarithmischen Spiralradius rlog eingezeichnet, woraus sich die herkömmliche Halbspiralgehäuseform 50 (nicht Teil der Erfindung) ergibt, die jedoch eine deutlich größere Maximalhöhe Hlog bedingt.
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5 zeigt eine Einbausituation des Halbspiralgehäuses 1 aus 1 in eine Aufdachklimaanlage 100, insbesondere in einen Randabschnitt einer Verdampfereinheit 13 mit herkömmlicher gerundeter Querschnittsform und demzufolge am Außenrand beschränktem Raumangebot. Das Halbspiralgehäuse 1 ist analog zur Schnittansicht gemäß 3 gezeigt. Die herkömmliche Halbspiralgehäuseform 50 (nicht Teil der Erfindung) passt nicht in eine derartige Verdampfereinheit 13, wie es anhand der gestrichelten Linie dargestellt ist. Durch die Anpassung des Mittelabschnitts 8 gelingt es, mit dem Halbspiralgehäuse 1 innerhalb der Außenkontur der Verdampfereinheit 13 zu bleiben. Zudem zeigt das Ausführungsbeispiel zusätzlich die Anordnung des konvex geformten Vorleitgitters 19 an der Einlaufdüse 6 zur vorstehend beschriebenen Beeinflussung der Zuströmung. An die Verdampfereinheit 13 schließt sich ein Wärmetauscher 15 an. An die Ausblasfläche 10 des Halbspiralgehäuses 1 schließt sich ein Kanal 14 an, in den der Radialventilator (nicht gezeigt) ausbläst.
