DE60027393T2 - Lüftergehäuse - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizungs- und/oder Klimaanlage mit mindestens einem Zentrifugalpulsator, der zumindest eine ringförmige Turbine mit Schaufeln enthält, die von einem Motor um eine Rotationsachse in Drehung versetzt wird, wobei diese ringförmige Turbine von einem Spiralgehäuse umgeben ist, das einen Raum zum Überführen von Luft definiert, die durch die Zentrifugalwirkung aus dem Umfang der Ringturbine austritt, um sie zu einem Austrittsbereich des Pulsators zu lenken.
• Bei derartigen Anlagen ist vorgesehen, der den Radius r aufweisenden Innenwand des Spiralgehäuses einen radialen Verlauf in Abhängigkeit von einem Winkel θ zu verleihen, der in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Ebene liegt, so dass eine insbesondere exponentielle Spirale gebildet wird gemäß dem Verhältnis: r = rOexp(lOπθ/180°)wobei θ zwischen 0° und θ_M beträgt, wobei θ_M den Höchstwert des von dem Winkelverlauf betroffenen Winkels θ bezeichnet und im allgemeinen einer Austrittskante des Austrittsbereichs entspricht,
  und wobei l_O die Konstante des radialen, exponentiellen Verlaufs bezeichnet.
• Ein derartiger Pulsator mit radialem Verlauf, der eine Spirale bildet, ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung JP-9-242 696 (DENSO Corp. Ltd) beschrieben, die am 11. März 1996 eingereicht und am 16. September 1997 veröffentlicht wurde.
• Ferner beschreibt die japanische Patentanmeldung JP-9-158 898 (DENSO Corp. Ltd), die am 5. Dezember 1995 eingereicht und am 17. Juni 1997 veröffentlicht wurde, einen Pulsator, der einen radialen Verlauf der vorgenannten Art mit einem axialen Verlauf in Abhängigkeit von dem gleichen Winkel verbindet, so dass ein kranzförmiger Sektor definiert wird, dessen Höhe parallel zur Achse des Pulsators im wesentlichen linear in Abhängigkeit vom Winkel variiert. Dieser kranzförmige Sektor weist eine geneigte Innenwand auf, die es ermöglicht, den in dem so geschaffenen Sektor erzeugten Lärm zu vermindern.
• Ein derartiger Pulsator zeigt eine optimale Leistung, nimmt jedoch viel Bauraum ein, was den derzeitigen Erfordernissen von Herstellern entgegensteht, den von den Bauteilen eingenommenen Raum zu vermindern.
• Um den radialen Platzbedarf von Pulsatoren zu begrenzen und dabei einen Großteil der mit einem bestehenden radialen Verlauf der Innenwand des Spiralgehäuses mit dem Radius r in Abhängigkeit von dem Winkel θ verbundenen Vorteile aufrecht zu halten, ist der Wert des Koeffizienten l_O des exponentielles Verlaufs bei bestimmten Pulsatoren auf Werte abgesenkt, die einen Kompromiss zwischen radialer Abmessung und Leistung gewährleisten.
• So sind Pulsatoren mit vermindertem radialen Platzbedarf bekannt, bei denen der Wert von l_O bei 7,2·10^–2 liegt.
• Wie oben angegeben wurde, ermöglicht es dieser verminderte Platzbedarf nicht, sämtliche Möglichkeiten des Pulsators auszuschöpfen. Es ergibt sich ein Wirkungsgrad und ein Ausgangsdruck, die wesentlich geringer sind als bei einem Pulsator mit "normalen" Abmessungen, der nicht Gegenstand eines solchen Kompromisses ist, was zu nicht zufrieden stellenden Leistungen führt.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Pulsator mit vermindertem radialen Platzbedarf und dennoch zufrieden stellender Leistung.
• Die Erfindung betrifft somit eine Heizungs- und/oder Klimaanlage mit mindestens einem Zentrifugalpulsator, der zumindest eine ringförmige Turbine mit Schaufeln enthält, die von einem Motor angetrieben wird, wobei diese ringförmige Turbine von einem Spiralgehäuse umgeben ist, das einen Raum zum Überführen von Luft definiert, die durch Zentrifugalwirkung aus dem Umfang der ringförmigen Turbine austritt, um sie zu einem Austrittsbereich des Pulsators zu lenken, wobei das Spiralgehäuse eine Innenwand mit dem Radius r enthält, die einen exponentiellen Winkelverlauf in Abhängigkeit von einem Winkel θ aufweist, der in einer senkrecht zur Rotationsachse des Pulsators verlaufenden Ebene liegt, gemäß dem Verhältnis: r = rOexp(lOπθ/180°)wobei θ zwischen 0° und θ_M beträgt,
  r_O = Radius der Innenwand bei θ = 0°,
  l_O = Konstante,
  dadurch gekennzeichnet, dass
  6,5·10^–2 ≤ l_O ≤ 8·10^–2 ist
  und dass die Innenwand des Spiralgehäuses eine in Abhängigkeit von dem Winkel θ ansteigende Höhe ausgehend von einem Wert H'_O bei θ = 0 bis zu einem Wert H'_M bei θ = θ_M aufweist, worin
  0,67 ≤ r_O/H'_M ≤ 0,8 ist.
• Insbesondere kann sich für l_O ≈ 7,2·10^–2 ergeben.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist r_O/H'_M ≈ 0,7.
• Mit der Erfindung können besonders bemerkenswerte Ergebnisse erzielt werden mit r_O/H'_O ≈ 0,1.
• Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die sich nur beispielhaft und nicht einschränkend versteht, in Verbindung mit den Zeichnungen, worin zeigt:
• 1a und 1b perspektivisch bzw. im Teilschnitt einen Pulsator aus dem Stand der Technik nach der vorgenannten Schrift JP-9-158 898,
• 2a und 2b eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Pulsators perspektivisch bzw. in Seitenansicht,
• 3a in Axialschnitt einen zusammengefügten Pulsator nach 2a und 2b,
• 3b den radialen Verlauf des Pulsators aus 3a in Abhängigkeit von dem Winkel θ,
• 4 die Leistung eines erfindungsgemäßen Pulsators, und
• 5a und 5b Einzelheiten der Schaufeln des Pulsators aus 3a (5a) und einer Variante davon (5b).
• Der in 1a und 1b dargestellte Pulsator enthält eine Turbine 1 in Form eines ringförmigen Kranzes, die mit Schaufeln 2 versehen und von einem Spiralgehäuse 3 umschlossen ist, dessen Außenwand 6 einen radialen Verlauf hat und eine Spirale bildet, die sich zum Austritt 14 des Pulsators hin erweitert. Dieser radiale Verlauf wird begleitet von einem axialen Verlauf, um einen ringförmigen Durchgang mit progressiv ansteigender Höhe in Richtung Austritt 14 zu definieren, und wird innen von einer Innenwand 10 begrenzt, die einen Winkel θ₂ (ansteigend oder nicht) mit einer normal zur Achse des Pulsators verlaufenden Ebene bildet, wobei dieser Winkel im wesentlichen dem Ausströmwinkel θ_f des Luftstroms aus der Turbine 1 entspricht.
• Wie vorangehend angegeben ist, ist ein solcher Pulsator mit dem Nachteil behaftet, einen großen Platzbedarf zu haben.
• Die in den 2a, 2b, 3a und 3b dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Motor 28, dessen Achse 30 eine ringförmige Turbine 25 antreibt, die mit Schaufeln 26 versehen und von einem Spiralgehäuse 20 umschlossen ist, das in seinem oberen Abschnitt von einem kranzförmigen Bereich 21, in seinem unteren Abschnitt von einem Boden 22 sowie von einer Wand 35 begrenzt wird, die einen ringförmigen Durchgang 36 definiert, der einen radialen Verlauf in Abhängigkeit von dem Winkel θ aufweist, und enthält schließlich eine Wand 23, die im wesentlichen in der Verlängerung des Umfangs 34 der Turbine 25 liegt und zusammen mit einem Fortsatz 35' der Wand 35 einen ringförmigen Durchgang 38 definiert, der einen axialen Verlauf aufweist, welcher einer zum Austritt 40 des Pulsators ansteigenden Höhe entspricht.
• Wie insbesondere 3b zeigt, weist die von der Wand 35 gebildete Spirale (und deren Verlängerung 35') eine radiale Erweiterung in Abhängigkeit von dem Winkel θ auf (in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Turbine 25 gemessen). Diese radiale Erweiterung ist relativ gering, um den Platzbedarf des Pulsators zu begrenzen, und ist bestimmt durch die Formel r = rOexp(lOπθ/180°)mit 6,5·10^–2 ≤ l_O ≤ 8·10^–2 und insbesondere l_O = 7,2·10^–2
  bei θ zwischen 0° und θ_M.
• θ = 0° entspricht dem Beginn der radialen Erweiterung in der Nähe der Kante 43 des Austritts 40 und θ_M entspricht dem Ende der radialen Erweiterung in der Nähe der Kante 44 des Austritts 40.
• Wie insbesondere 2a, 2b und 3a zeigen, weist das Spiralgehäuse 20 auch eine axiale Erweiterung auf, die einen ringförmigen Durchgang 28 definiert, der in Richtung des Motors 28 den ringförmigen Durchgang 36 fortsetzt. Der ringförmige Durchgang 38 wird von dem Fortsatz 35' der spiralförmigen Wand 35, dem Boden 22 und der Wand 23 begrenzt.
• Der ringförmige Durchgang 38 hat eine Höhe h', die von 0 bei θ = 0 bis zu h'_M bei θ = θ_M variiert.
• Die axiale Abmessung des Spiralgehäuses variiert somit von H'_O bei θ = 0 bis zu H'_M bei θ = θ_M mit H'_M = H'_O + h'_M.
• Die axiale Erweiterung ist vorteilhaft so gewählt, dass
  0,67 ≤ r_O/H'_M ≤ 0,8
  und insbesondere
  r_O/H'_M = 0,7 ist.
• Wie in 4 gezeigt ist, entsprechen diese Werte völlig zufrieden stellenden Leistungen sowohl in Anbetracht des Wirkungsgrads (Kurve I) als auch in Anbetracht des Luftdrucks am Austritt (Kurve II), welche dem Pulsator bemerkenswerte Eigenschaften trotz geringem Platzbedarf verleihen.
• Wie 5a und 5b zeigen, weisen die Schaufeln 26 an ihrem auf der Seite des Lufteinlasses 50 liegenden Ende eine konkave Abschrägung 27 mit der Höhe h_b auf, die sich entlang eines entsprechend gekrümmten Bereichs 24 erstreckt, der zu einem oberen Mantel des Spiralgehäuses 20 gehört. Wird mit h_p die Höhe der Schaufel 26 bezeichnet, ist es vorteilhaft, dass h_b/h_p ≈ 0,1 ist. Dadurch kann die aerodynamische Leistung des Pulsators (um etwa 10 bis 15%) und der von diesem erzeugte Lärm (um etwa 2 bis 3 dBA) verbessert werden.
• Die Enden 27 und 27' der Schaufeln 26 sind über Bänder 22 und 32 miteinander verbunden, die einen Teil der Breite der Schaufeln 26 einnehmen, ohne einander zu überdecken, so dass eine axiale Ausformung der Einheit möglich ist, die aus Schaufeln 26, Bändern 12 und 32 und der konischen Schale 29 besteht, die fest mit dem Band 32 verbunden ist und an der Achse 30 angreift.
• Alternativ (5b) ist das obere Band 37 an der äußeren Längsseite der Schaufeln 26 angeordnet und das fest mit der Schale 29 verbundene untere Band 39 nimmt einen Großteil bzw. die Gesamtheit des Endes 27' ein, wodurch auch die Einheit ausgeformt werden kann.

Claims (6)

1. Heizungs- und Klimaanlage mit mindestens einem Zentrifugalpulsator, der zumindest eine ringförmige Turbine (25) mit Schaufeln (26) enthält, die von einem Motor (28) um eine Rotationsachse (30) in Drehung versetzt wird, wobei diese ringförmige Turbine (25) von einem Spiralgehäuse umgeben ist, das einen Raum zum Überführen von Luft definiert, die durch Zentrifugalwirkung aus dem Umfang der ringförmigen Turbine austritt, um sie zu einem Austrittsbereich (40) des Pulsators zu lenken, wobei das Spiralgehäuse (20) eine Innenwand mit dem Radius r enthält, die einen exponentiellen Winkelverlauf in Abhängigkeit von einem Winkel θ aufweist, der in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Ebene liegt, gemäß dem Verhältnis: r = rOexp(lOπθ/180°)wobei θ zwischen 0° und θ_M beträgt, r_O = Radius der Innenwand bei θ = 0°, l_O = Konstante des exponentiellen Verlaufs, dadurch gekennzeichnet, dass 6,5·10^–2 ≤ l_O ≤ 8·10^–2 ist und dass die Innenwand (35) des Spiralgehäuses (20) eine in Abhängigkeit von dem Winkel θ ansteigende Höhe ausgehend von einem Wert H'_O bei θ = 0 bis zu einem Wert H'_M bei θ = θ_M aufweist, worin 0,67 ≤ r_O/H'_M ≤ 0,8 ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass l_O ≈ 7,2·10^–2 ist.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass r_O/H'_M ≈ 0,7 ist.
4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass r_O/H'_O ≈ 1 ist.
5. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Ende (27) der Schaufeln (26), das auf der Seite eines Lufteinlasses (50) des Pulsators liegt, konkave Abschrägungen mit der Höhe (h_b) aufweist, die entlang einer komplementär gekrümmten Wand (24) verlaufen.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass h_b/h_p ≈ 0,1 ist, wobei h_p die Höhe einer Schaufel bezeichnet.