EP1914402A1 - Axial fan and method for preventing a recirculation flow - Google Patents

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EP1914402A1
EP1914402A1 EP07018190A EP07018190A EP1914402A1 EP 1914402 A1 EP1914402 A1 EP 1914402A1 EP 07018190 A EP07018190 A EP 07018190A EP 07018190 A EP07018190 A EP 07018190A EP 1914402 A1 EP1914402 A1 EP 1914402A1
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EP
European Patent Office
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axial
profile
teeth
blower according
axial blower
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EP07018190A
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German (de)
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EP1914402B1 (en
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Uwe Dipl.-Ing. Aschermann
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F04D29/326—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans comprising a rotating shroud

Definitions

  • the invention relates to a blower according to the preamble of claim 1 and a method for preventing a recirculation flow according to the preamble of claim 13.
  • Axial blowers are used as cooling fans for cooling the internal combustion engine in motor vehicles. They consist of an impeller with Axialbeschaufelung, which is driven by an electric motor or the internal combustion engine, and an air-lightening device, a so-called fan cowl or fan cowl, which has a Zargenring in which the axial fan rotates.
  • Today's axial fans are often designed as a jacket fan, d. H. they have a shell attached to the shroud, which rotates in the Zargenring the fan cowl, wherein between annular and Zargenring a ring or radial gap is formed.
  • the problem underlying the invention is the recirculation of the air exiting the fan, which has a higher pressure level than the air entering the fan. Therefore, part of the exiting air flows back into the suction area due to the pressure gradient through the radial gap. Because of this power loss, the fan and the cooling capacity is reduced.
  • the EP 0 746 689 B1 was an axial fan, consisting of a jacket fan and a fan frame with Zargenring known, wherein on the inside of the Zargenringes fixed blades are arranged, which extend in the axial and radial directions.
  • the blades are on the one hand in the Area of the fan shroud arranged on the Zargenring, on the other hand, in the flow direction in front of or behind the fan shroud.
  • the purpose of the blades is to eliminate or reduce the swirl (circumferential component) in the recirculation flow.
  • the known blades act as an axial "rectifier" for the recirculation flow. The axial component of the recirculation flow is thus not suppressed.
  • the guide ring of the air guiding device has an inner profile projecting into the radial gap, which is formed by teeth and pockets (tooth spaces) arranged alternately on the circumference.
  • the inner profile according to the invention forms with the smooth outer surface of the fan shroud a circumferential gap in which recirculating air, d. H. a portion of the airflow exiting the fan enters.
  • a flow through the gap between the shell and Zargenring is thereby prevented or greatly reduced. This results in a higher fan efficiency and - when used as a cooling fan - a higher cooling capacity.
  • the profile of the teeth and pockets can be designed differently: a preferred embodiment provides a sawtooth profile for the teeth or pockets, wherein the sawtooth is characterized by a steep, approximately in the radial direction flank and a flat, extending more in the tangential edge , Before the steep flank, the air, which is entrained by the surface of the rotating mantle, accumulates. This creates a rotational movement, which leads to the formation of a or multiple vertebrae in the adjacent pocket (tooth space). The vortices thus "clog" the axial passage of the gap, they act as a seal against a leakage current.
  • the steep flank of the sawtooth may be the direction of rotation of the shell or turned away. This results in different degrees pronounced vortex or a different braking effect for the recirculation flow in the axial direction.
  • the sawtooth represents an asymmetric profile (relative to a radial plane)
  • the invention are also symmetrical tooth profiles, z.
  • triangular profiles isosceles triangle
  • the pockets between the triangular profiles can be trapezoidal or round.
  • the head of the tooth profiles be formed pointed or flattened, z. B. trapezoidal or parallelogram.
  • a preferred symmetrical, flattened tooth shape is characterized by a dovetail profile: in this case the resulting vertebrae are trapped in a pocket with a dovetailed profile.
  • the tooth profile according to the invention on the Zargenring can be relatively easily produced, in particular as a plastic injection part, which is easily demoulded in the axial direction.
  • the object of the invention is also achieved by a method having the features of claim 13.
  • vortices are generated in the annular gap between the rotating jacket and the fixed guide ring or collar ring, the direction of rotation of which runs perpendicular to an axially directed recirculation flow.
  • a sealing effect is produced in the annular gap, which prevents the recirculation flow.
  • Fig. 1 shows a half-axial section through a designed as a fan frame 1 louver with a cylindrically shaped Zargenring 2 .
  • a fan frame 1 in particular within the Zargenringes 2 designed as a shell fan 3 axial fan is arranged, which by a motor, not shown, for. B. is driven by an electric motor and rotates in the Zargenring 2.
  • the axial fan 3 has an axial blading 4 and an annular jacket 5, which is integrally connected to the tips of the axial blades 4, that is, the axial fan 3 is formed as a plastic injection-molded part.
  • the jacket 5 has a cylindrical part 5a, which rotates in the cylindrical frame ring 2, and a bell-shaped inlet region 5b.
  • the cylindrical frame ring 2 is followed by a cylindrical Ring 6 of smaller diameter, over which the funded by the fan 3 air exits the frame 1.
  • the fan is then behind one or more heat exchangers, a so-called cooling module, and draws cooling air through the heat exchanger.
  • the Zargenring 2 forms with the fan shroud 5 an annular gap s, in which a recirculation flow can form due to the pressure gradient between the fan outlet and fan inlet side.
  • On the inner circumference of the Zargenringes 2 designed as a tooth profile inner profile 7 is arranged, which is shown and explained in more detail below with reference to sections in the plane XX.
  • Fig. 2 shows a partial section in the plane XX in Fig. 1, ie the formation of the annular gap s, which is formed on the one hand by a smooth cylindrical outer surface 5c of the shell 5 and on the other hand by the sawtooth-shaped inner profile 7 on the inner circumference of the Zargenringes 2.
  • the direction of rotation of the fan wheel 3 is shown by an arrow D, the Zargenring 2 is stationary, for example, in a motor vehicle or motor side attached.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the gap geometry according to FIG. 2, ie with the inner profile 7, which is characterized by a sawtooth 8.
  • the profile of the sawtooth 8 has a steep flank 8a, which lies approximately in a radial plane E, and a flat flank 8b, which extends substantially in the tangential direction.
  • the tips of the saw teeth 8 are located on a tooth tip diameter D Z , which is shown in phantom.
  • the outer diameter of the shell 5, ie its circumference 5c is marked with D a . Between the tooth head diameter D z and the outer diameter D a thus remains a minimum gap s 0 , which is essentially due to production.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention for the inner profile 7, which is designed here as a modified sawtooth 12.
  • the profile of the sawtooth 12 is characterized by a steep flank 12a, extending approximately in a radial plane, and by an inclined flank 12b, which merges into an approximately circumferentially extending portion, a groove bottom 12c.
  • a pocket 13 is formed in softer - as shown in Fig. 7 - form vertebrae.
  • the pockets 13 form continuous grooves in the axial direction.
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7, which is formed by a symmetrical tooth profile 14 in conjunction with axially continuous pockets 15.
  • the tooth profile 14 has a triangular profile with symmetrically arranged flanks 14a, 14b, which in each case extend in a region extending approximately in the circumferential direction, a groove bottom 14c. This symmetrical profile 14 is thus independent of direction of rotation, the accumulation effect of the air is less pronounced here.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a flattened sawtooth profile 16.
  • the profile 16 has a flattened tooth tip 16a, a steep flank 16b and a flat flank 16c, which merges into a groove bottom 16d.
  • pockets 17 are formed.
  • Fig. 7 shows the vortex formation for the sawtooth profile 12 shown in Fig. 4, in which form in the pockets 13 vertebrae 17, 18 of different sizes, which are shown as circular arrows.
  • the rotational movement of the vertebrae 17, 18 extends in a clockwise direction while the direction of rotation of the mantle 5 is left-handed according to the directional arrow D (looking at the plane of the drawing).
  • the rotational movement of the vertebrae 17, 18 is thus directed perpendicular to an axially directed recirculation flow, resulting in the above-mentioned sealing or braking action.
  • Fig. 8 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 with a trapezoidal tooth profile 19, between which pockets 20 (tooth spaces) are arranged.
  • the trapezoidal profile 19 is formed symmetrically here and has a flat tooth tip 19a and two symmetrical flanks 19b, 19c.
  • the pockets 20 are bounded outwardly by a groove bottom 19d between the flanks 19b, 19c.
  • the formation of the vertebrae for the trapezoidal profile 19 is shown in Fig. 11.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a tooth profile 21, which is designed as a parallelogram and thus asymmetrical with respect to a radial plane. Between the tooth profiles 21 pockets 22 are formed.
  • the parallelogram 21 has a flattened tooth tip 21a and two parallel flanks 21b, 21c, between which a groove bottom 21d extends.
  • Fig. 10 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 with a flattened tooth profile 23 and rounded, ie approximately semicircular pockets 24. From a flattened tooth tip 23a go from each circular concave flanks 23a, 23b, which form the semicircular pockets 24 , In the pocket 24, a standing vortex can form.
  • FIG. 11 shows a representation of the vortex formation for the inner profile 7 according to FIG. 8, ie with a trapezoidal tooth profile 19 and corresponding pockets 20. Due to the symmetrical geometries of the tooth profile 19 and the pockets 20, two identical clockwise rotating vertebrae 25, 26 are formed the bag 20 off.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a modified sawtooth profile 27 with pockets 28.
  • the sawtooth profile 27 is asymmetrical and has a slightly flattened tooth tip 27a and a short, relatively steep flank 27b and a longer, less steep flank 27c. Both flanks 27b, 27c are adjoined by a groove base 27d extending in the circumferential direction.
  • Fig. 13 shows a final embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a dovetail profile 29 with corresponding pockets 30.
  • the dovetail profile 29 and the pockets 30 are formed symmetrically.
  • a flat tooth head 29a is adjoined by two mutually converging flanks 29b, 29c, which meet a groove bottom 29d.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The axial blower has an axial propeller (3) and an air guiding unit (1) with a guide ring (2), where the axial propeller has axial blades and a jacket ring (5) connected with blade tips, which forms a radial gap (s) with the guide ring. The guide ring has an inner profile (7), which extends in the radial gap and has divided alternating teeth on the periphery and pockets. An independent claim is also included for a method for the prevention of a recirculation current with an axial blower.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Verhinderung einer Rezirkulationsströmung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.The invention relates to a blower according to the preamble of claim 1 and a method for preventing a recirculation flow according to the preamble of claim 13.

Axialgebläse werden als Kühlgebläse zur Kühlung der Brennkraftmaschine bei Kraftfahrzeugen verwendet. Sie bestehen aus einem Laufrad mit Axialbeschaufelung, welches von einem Elektromotor oder der Brennkraftmaschine angetrieben wird, und einer Luftlefteinrichtung, einer so genannten Lüfterhaube oder Lüfterzarge, welche einen Zargenring aufweist, in welchem der Axiallüfter umläuft. Heutige Axiallüfter sind vielfach als Mantellüfter ausgebildet, d. h. sie weisen einen an den Schaufelspitzen befestigten Mantel auf, welcher in dem Zargenring der Lüfterzarge umläuft, wobei zwischen Mantel und Zargenring ein Ring- bzw. Radialspalt gebildet wird. Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht in der Rezirkulation der aus dem Lüfter austretenden Luft, welche ein höheres Druckniveau als die in den Lüfter eintretende Luft aufweist. Daher strömt ein Teil der austretenden Luft infolge des Druckgefälles durch den Radialspalt zurück in den Ansaugbereich. Aufgrund dieser Verlustleistung wird die Lüfter- und die Kühlleistung reduziert.Axial blowers are used as cooling fans for cooling the internal combustion engine in motor vehicles. They consist of an impeller with Axialbeschaufelung, which is driven by an electric motor or the internal combustion engine, and an air-lightening device, a so-called fan cowl or fan cowl, which has a Zargenring in which the axial fan rotates. Today's axial fans are often designed as a jacket fan, d. H. they have a shell attached to the shroud, which rotates in the Zargenring the fan cowl, wherein between annular and Zargenring a ring or radial gap is formed. The problem underlying the invention is the recirculation of the air exiting the fan, which has a higher pressure level than the air entering the fan. Therefore, part of the exiting air flows back into the suction area due to the pressure gradient through the radial gap. Because of this power loss, the fan and the cooling capacity is reduced.

Durch die EP 0 746 689 B1 wurde ein Axialgebläse, bestehend aus einem Mantellüfter und einer Lüfterzarge mit Zargenring, bekannt, wobei auf der Innenseite des Zargenringes feste Schaufeln angeordnet sind, welche sich in axialer und radialer Richtung erstrecken. Die Schaufeln sind einerseits im Bereich des Lüftermantels am Zargenring angeordnet, andererseits auch in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Lüftermantel. Durch die Schaufeln soll erreicht werden, dass der Drall (Umfangskomponente) in der Rezirkulationsströmung beseitigt bzw. reduziert wird. Insofern wirken die bekannten Schaufeln als axialer "Gleichrichter" für die Rezirkulationsströmung. Die axiale Komponente der Rezirkulationsströmung wird damit nicht unterbunden.By the EP 0 746 689 B1 was an axial fan, consisting of a jacket fan and a fan frame with Zargenring known, wherein on the inside of the Zargenringes fixed blades are arranged, which extend in the axial and radial directions. The blades are on the one hand in the Area of the fan shroud arranged on the Zargenring, on the other hand, in the flow direction in front of or behind the fan shroud. The purpose of the blades is to eliminate or reduce the swirl (circumferential component) in the recirculation flow. In this respect, the known blades act as an axial "rectifier" for the recirculation flow. The axial component of the recirculation flow is thus not suppressed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Axialgebläse der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Wirkungsgrades zu verbessern, insbesondere eine Rezirkulation zu vermeiden oder zumindest deutlich zu verringern.It is an object of the present invention to improve an axial blower of the type mentioned in terms of its efficiency, in particular to avoid or at least significantly reduce recirculation.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß weist der Leitring der Luftleiteinrichtung ein in den Radialspalt hineinragendes Innenprofil auf, welches durch abwechselnd auf dem Umfang angeordnete Zähne und Taschen (Zahnlücken) gebildet wird. Das erfindungsgemäße Innenprofil bildet mit der glatten Außenfläche des Lüftermantels einen umlaufenden Spalt, in welchen rezirkulierende Luft, d. h. ein Teil der aus dem Lüfter austretenden Luftströmung eintritt. Dabei werden infolge der Relativbewegung zwischen Mantel und ortsfestem Zargenring in den Taschen Wirbel gebildet, welche die Rezirkulationsströmung in axialer Richtung verzögern bzw. abbremsen. Eine Durchströmung des Spaltes zwischen Mantel und Zargenring wird dadurch unterbunden bzw. stark reduziert. Daraus ergibt sich ein höherer Lüfterwirkungsgrad und - bei Verwendung als Kühlgebläse - eine höhere Kühlleistung.According to the invention, the guide ring of the air guiding device has an inner profile projecting into the radial gap, which is formed by teeth and pockets (tooth spaces) arranged alternately on the circumference. The inner profile according to the invention forms with the smooth outer surface of the fan shroud a circumferential gap in which recirculating air, d. H. a portion of the airflow exiting the fan enters. In this case, as a result of the relative movement between the shell and stationary Zargenring formed in the pockets vortex, which retard or retard the recirculation flow in the axial direction. A flow through the gap between the shell and Zargenring is thereby prevented or greatly reduced. This results in a higher fan efficiency and - when used as a cooling fan - a higher cooling capacity.

Das Profil der Zähne und Taschen kann unterschiedlich ausgebildet sein: eine bevorzugte Ausführungsform sieht ein Sägezahnprofil für die Zähne bzw. Taschen vor, wobei der Sägezahn durch eine steile, etwa in radialer Richtung verlaufende Flanke und eine flache, mehr in tangentialer Richtung verlaufende Flanke gekennzeichnet ist. Vor der steilen Flanke staut sich die Luft, welche von der Oberfläche des rotierenden Mantels mitgerissen wird. Dadurch entsteht eine Rotationsbewegung, welche zur Ausbildung eines oder mehrerer Wirbel in der benachbarten Tasche (Zahnlücke) führt. Die Wirbel "verstopfen" somit den axialen Durchgang des Spaltes, sie wirken als Dichtung gegen einen Leckagestrom. Die steile Flanke des Sägezahnes kann der Drehrichtung des Mantels zu- oder abgewandt sein. Daraus ergeben sich unterschiedlich stark ausgeprägte Wirbel bzw. eine unterschiedliche Bremswirkung für die Rezirkulationsströmung in axialer Richtung.The profile of the teeth and pockets can be designed differently: a preferred embodiment provides a sawtooth profile for the teeth or pockets, wherein the sawtooth is characterized by a steep, approximately in the radial direction flank and a flat, extending more in the tangential edge , Before the steep flank, the air, which is entrained by the surface of the rotating mantle, accumulates. This creates a rotational movement, which leads to the formation of a or multiple vertebrae in the adjacent pocket (tooth space). The vortices thus "clog" the axial passage of the gap, they act as a seal against a leakage current. The steep flank of the sawtooth may be the direction of rotation of the shell or turned away. This results in different degrees pronounced vortex or a different braking effect for the recirculation flow in the axial direction.

Während das Sägezahnprofil ein asymmetrisches Profil darstellt (bezogen auf eine Radialebene), sind erfindungsgemäß auch symmetrische Zahnprofile, z. B. Dreiecksprofile (gleichschenkliges Dreieck) vorteilhaft, wobei die Taschen zwischen den Dreiecksprofilen trapezförmig oder rund ausgebildet sein können.While the sawtooth represents an asymmetric profile (relative to a radial plane), according to the invention are also symmetrical tooth profiles, z. B. triangular profiles (isosceles triangle) advantageous, the pockets between the triangular profiles can be trapezoidal or round.

Ferner kann der Kopf der Zahnprofile, der so genannte Zahnkopf, spitz oder abgeflacht ausgebildet sein, z. B. trapezförmig oder parallelogrammförmig.Furthermore, the head of the tooth profiles, the so-called tooth head, be formed pointed or flattened, z. B. trapezoidal or parallelogram.

Eine bevorzugte symmetrische, abgeflachte Zahnform ist durch ein Schwalbenschwanzprofil gekennzeichnet: in diesem Falle sind die entstehenden Wirbel in einer Tasche mit schwalbenschwanzförmigen Profil gefangen.A preferred symmetrical, flattened tooth shape is characterized by a dovetail profile: in this case the resulting vertebrae are trapped in a pocket with a dovetailed profile.

Das erfindungsgemäße Zahnprofil am Zargenring lässt sich relativ einfach herstellen, insbesondere als Kunststoffspritzteil, welches leicht in axialer Richtung entformbar ist.The tooth profile according to the invention on the Zargenring can be relatively easily produced, in particular as a plastic injection part, which is easily demoulded in the axial direction.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst. Erfindungsgemäß werden in dem Ringspalt zwischen rotierendem Mantel und festem Leit- bzw. Zargenring Wirbel erzeugt, deren Drehrichtung senkrecht zu einer axial gerichteten Rezirkulationsströmung verläuft. Dadurch wird in dem Ringspalt eine Dichtwirkung erzeugt, welche die Rezirkulationsströmung verhindert.The object of the invention is also achieved by a method having the features of claim 13. According to the invention, vortices are generated in the annular gap between the rotating jacket and the fixed guide ring or collar ring, the direction of rotation of which runs perpendicular to an axially directed recirculation flow. As a result, a sealing effect is produced in the annular gap, which prevents the recirculation flow.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1
einen Teilschnitt durch einen Mantellüfter und eine Lüfterzarge,
Fig. 2
eine Spaltgeometrie als Teilschnitt in der Ebene X-X in Fig. 1,
Fig. 3
die Spaltgeometrie zwischen Lüfterzarge und Mantel mit Wirbeln,
Fig.4
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem abgewandelten Sägezahnprofil,
Fig. 5
eine weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Dreiecksprofil,
Fig. 6
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem weiteren Sägezahnprofil,
Fig. 7
eine Darstellung der Wirbel bei einem Sägezahnprofil gemäß Fig. 4,
Fig. 8
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Trapezprofil,
Fig.9
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Parallelogrammprofil,
Fig. 10
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem abgeflachten Zahnprofil und runden Taschen,
Fig. 11
die Darstellung der Wirbelbildung bei einem Trapezprofil gemäß Fig. 8,
Fig. 12
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein abgewandeltes Sägezahnprofil und
Fig. 13
eine weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Schwalbenschwanzprofil.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail below. Show it
Fig. 1
a partial section through a jacket fan and a fan frame,
Fig. 2
a gap geometry as a partial section in the plane XX in Fig. 1,
Fig. 3
the gap geometry between fan cowl and jacket with vertebrae,
Figure 4
a further embodiment of the invention with a modified sawtooth profile,
Fig. 5
a further embodiment of the invention with a triangular profile,
Fig. 6
a modified embodiment of the invention with a further sawtooth profile,
Fig. 7
a representation of the vertebrae in a sawtooth profile of FIG. 4,
Fig. 8
a further embodiment of the invention with a trapezoidal profile,
Figure 9
a further embodiment of the invention with a parallelogram profile,
Fig. 10
another embodiment of the invention with a flattened tooth profile and round pockets,
Fig. 11
the representation of vortex formation in a trapezoidal profile of FIG. 8,
Fig. 12
a further embodiment of the invention for a modified sawtooth profile and
Fig. 13
a further embodiment of the invention with a dovetail profile.

Fig. 1 zeigt einen halben Axialschnitt durch eine als Lüfterzarge 1 ausgebildete Luftleiteinrichtung mit einem zylindrisch ausgebildeten Zargenring 2.. Innerhalb der Lüfterzarge 1, insbesondere innerhalb des Zargenringes 2 ist ein als Mantellüfter 3 ausgebildeter Axiallüfter angeordnet, welcher von einem nicht dargestellten Motor, z. B. einem Elektromotor angetrieben wird und im Zargenring 2 umläuft. Der Axiallüfter 3 weist eine Axialbeschaufelung 4 und einen ringförmigen Mantel 5 auf, welcher mit den Spitzen der Axialschaufeln 4 einstückig verbunden ist, d. h. der Axiallüfter 3 ist als Kunststoffspritzteil ausgebildet. Der Mantel 5 weist einen zylindrischen Teil 5a auf, welcher in dem zylindrischen Zargenring 2 umläuft, und einen glockenförmig ausgebildeten Einlaufbereich 5b. Die Luft strömt in Richtung eines Pfeils L in den Axiallüfter 3. An den zylindrischen Zargenring 2 schließt sich ein zylindrischer Ring 6 geringeren Durchmessers an, über welchen die durch den Lüfter 3 geförderte Luft aus der Zarge 1 austritt. Der Lüfter 3, die Zarge 1 und der nicht dargestellte Antrieb bilden ein Axialgebläse, welches z. B. als Kühlgebläse bei Kraftfahrzeugen zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann. Das Gebläse befindet sich dann hinter einem oder mehreren Wärmeübertragern, einem so genannten Kühlmodul, und zieht Kühlluft durch die Wärmeübertrager. Der Zargenring 2 bildet mit dem Lüftermantel 5 einen Ringspalt s, in welchem sich aufgrund des Druckgefälles zwischen Lüfteraustritts- und Lüftereintrittsseite eine Rezirkulationsströmung ausbilden kann. Auf dem Innenumfang des Zargenringes 2 ist ein als Zahnprofil ausgebildetes Innenprofil 7 angeordnet, welches im Folgenden anhand von Schnitten in der Ebene X-X näher dargestellt und erläutert wird. Fig. 1 shows a half-axial section through a designed as a fan frame 1 louver with a cylindrically shaped Zargenring 2 .. Within the fan frame 1, in particular within the Zargenringes 2 designed as a shell fan 3 axial fan is arranged, which by a motor, not shown, for. B. is driven by an electric motor and rotates in the Zargenring 2. The axial fan 3 has an axial blading 4 and an annular jacket 5, which is integrally connected to the tips of the axial blades 4, that is, the axial fan 3 is formed as a plastic injection-molded part. The jacket 5 has a cylindrical part 5a, which rotates in the cylindrical frame ring 2, and a bell-shaped inlet region 5b. The air flows in the direction of an arrow L in the axial fan 3. The cylindrical frame ring 2 is followed by a cylindrical Ring 6 of smaller diameter, over which the funded by the fan 3 air exits the frame 1. The fan 3, the frame 1 and the drive, not shown, form an axial fan, which z. B. can be used as a cooling fan in motor vehicles for cooling an internal combustion engine. The fan is then behind one or more heat exchangers, a so-called cooling module, and draws cooling air through the heat exchanger. The Zargenring 2 forms with the fan shroud 5 an annular gap s, in which a recirculation flow can form due to the pressure gradient between the fan outlet and fan inlet side. On the inner circumference of the Zargenringes 2 designed as a tooth profile inner profile 7 is arranged, which is shown and explained in more detail below with reference to sections in the plane XX.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt in der Ebene X-X in Fig. 1, d. h. die Ausbildung des Ringspaltes s, welcher einerseits durch eine glatte zylindrische Außenfläche 5c des Mantels 5 und andererseits durch das sägezahnförmig ausgebildete Innenprofil 7 auf dem Innenumfang des Zargenringes 2 gebildet wird. Die Drehrichtung des Lüfterrades 3 ist durch einen Pfeil D dargestellt, der Zargenring 2 ist ortsfest, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug fahrzeug- oder motorseitig befestigt. Fig. 2 shows a partial section in the plane XX in Fig. 1, ie the formation of the annular gap s, which is formed on the one hand by a smooth cylindrical outer surface 5c of the shell 5 and on the other hand by the sawtooth-shaped inner profile 7 on the inner circumference of the Zargenringes 2. The direction of rotation of the fan wheel 3 is shown by an arrow D, the Zargenring 2 is stationary, for example, in a motor vehicle or motor side attached.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Spaltgeometrie gemäß Fig. 2, d. h. mit dem Innenprofil 7, welches durch einen Sägezahn 8 gekennzeichnet ist. Das Profil des Sägezahnes 8 weist eine steile Flanke 8a auf, welche etwa in einer Radialebene E liegt, sowie eine flache Flanke 8b, welche sich im Wesentlichen in tangentialer Richtung erstreckt. Die Spitzen der Sägezähne 8 liegen auf einem Zahnkopfdurchmesser DZ, welcher strichpunktiert eingezeichnet ist. Der Außendurchmesser des Mantels 5, d. h. dessen Umfanges 5c ist mit Da gekennzeichnet. Zwischen dem Zahnkopfdurchmesser Dz und dem Außendurchmesser Da verbleibt somit ein Minimalspalt s0, der im Wesentlichen fertigungsbedingt ist. Durch die Geometrie und Anordnung der Sägezähne 8 werden Taschen 9 gebildet, in welchen sich Luftwirbel 10, 11, dargestellt durch kreisförmige Pfeile ausbilden. Der Mantel 5 des Lüfters dreht in Richtung des Pfeiles D und reißt mit seiner Oberfläche 5c durch den Spalt s strömende Luft in Drehrichtung D mit. Diese Luft wird an der steilen Flanke 8a des Sägezahnprofils 8 gestaut und somit in eine Rotationsbewegung versetzt, welche zur Ausbildung der Wirbel 10, 11 führt. Aufgrund der ständigen Energiezufuhr durch den rotierenden Mantel 5 bilden sich stehende Wirbel 10, 11 in den Taschen 9 aus, die ähnlich wie eine Dichtung wirken und somit eine axial (senkrecht zur Zeichenebene) gerichtete Rezirkulationsströmung unterbinden. FIG. 3 shows an enlarged view of the gap geometry according to FIG. 2, ie with the inner profile 7, which is characterized by a sawtooth 8. The profile of the sawtooth 8 has a steep flank 8a, which lies approximately in a radial plane E, and a flat flank 8b, which extends substantially in the tangential direction. The tips of the saw teeth 8 are located on a tooth tip diameter D Z , which is shown in phantom. The outer diameter of the shell 5, ie its circumference 5c is marked with D a . Between the tooth head diameter D z and the outer diameter D a thus remains a minimum gap s 0 , which is essentially due to production. By the geometry and arrangement of the saw teeth 8 pockets 9 are formed, in which air vortex 10, 11, formed by circular arrows. The jacket 5 of the fan rotates in the direction of the arrow D and tears with its surface 5c through the gap s flowing air in the direction of rotation D. This air gets on the steep Edge 8a of the sawtooth profile 8 jammed and thus offset in a rotational movement, which leads to the formation of the vertebrae 10, 11. Due to the constant supply of energy through the rotating jacket 5, standing vertebrae 10, 11 form in the pockets 9, which act similarly to a seal and thus prevent an axial (perpendicular to the plane of the drawing) directed recirculation flow.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7, welches hier als modifizierter Sägezahn 12 ausgebildet ist. Das Profil des Sägezahnes 12 ist durch eine steile Flanke 12a, etwa in einer Radialebene verlaufend, und durch eine geneigte Flanke 12b gekennzeichnet, welche in einen etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt, einen Nutgrund 12c, übergeht. Durch die Flächen 12a, 12b, 12c wird eine Tasche 13 gebildet, in weicher sich - wie in Fig. 7 dargestellt - Wirbel ausbilden. Die Taschen 13 bilden in Axialrichtung durchgehende Nuten. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention for the inner profile 7, which is designed here as a modified sawtooth 12. The profile of the sawtooth 12 is characterized by a steep flank 12a, extending approximately in a radial plane, and by an inclined flank 12b, which merges into an approximately circumferentially extending portion, a groove bottom 12c. Through the surfaces 12a, 12b, 12c, a pocket 13 is formed in softer - as shown in Fig. 7 - form vertebrae. The pockets 13 form continuous grooves in the axial direction.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7, welches durch ein symmetrisches Zahnprofil 14 in Verbindung mit in Axialrichtung durchgehenden Taschen 15 gebildet wird. Das Zahnprofil 14 weist ein Dreiecksprofil mit symmetrisch angeordneten Flanken 14a, 14b auf, welche jeweils in einen etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Bereich, einen Nutgrund 14c, übergehen. Dieses symmetrische Profil 14 ist somit drehrichtungsunabhängig, die Stauwirkung der Luft ist hier weniger stark ausgebildet. Fig. 5 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7, which is formed by a symmetrical tooth profile 14 in conjunction with axially continuous pockets 15. The tooth profile 14 has a triangular profile with symmetrically arranged flanks 14a, 14b, which in each case extend in a region extending approximately in the circumferential direction, a groove bottom 14c. This symmetrical profile 14 is thus independent of direction of rotation, the accumulation effect of the air is less pronounced here.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 in Form eines abgeflachten Sägezahnprofils 16. Das Profil 16 weist einen abgeflachten Zahnkopf 16a, eine steile Flanke 16b und eine flache Flanke 16c auf, welche in einen Nutgrund 16d übergeht. Somit werden Taschen 17 gebildet. Fig. 6 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a flattened sawtooth profile 16. The profile 16 has a flattened tooth tip 16a, a steep flank 16b and a flat flank 16c, which merges into a groove bottom 16d. Thus, pockets 17 are formed.

Fig. 7 zeigt die Wirbelbildung für das in Fig. 4 dargestellte Sägezahnprofil 12, bei dem sich in den Taschen 13 Wirbel 17, 18 unterschiedlicher Größe ausbilden, welche als kreisförmige Pfeile dargestellt sind. Die Rotationsbewegung der Wirbel 17, 18 verläuft im Uhrzeigersinn, während die Drehrichtung des Mantels 5 entsprechend dem Richtungspfeil D linksdrehend ist (mit Blick auf die Zeichenebene). Die Rotationsbewegung der Wirbel 17, 18 ist somit senkrecht zu einer axial gerichteten Rezirkulationsströmung gerichtet, woraus sich die oben erwähnte Dicht- bzw. Bremswirkung ergibt. Fig. 7 shows the vortex formation for the sawtooth profile 12 shown in Fig. 4, in which form in the pockets 13 vertebrae 17, 18 of different sizes, which are shown as circular arrows. The rotational movement of the vertebrae 17, 18 extends in a clockwise direction while the direction of rotation of the mantle 5 is left-handed according to the directional arrow D (looking at the plane of the drawing). The rotational movement of the vertebrae 17, 18 is thus directed perpendicular to an axially directed recirculation flow, resulting in the above-mentioned sealing or braking action.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 mit einem trapezförmig ausgebildeten Zahnprofil 19, zwischen welchen Taschen 20 (Zahnlücken) angeordnet sind. Das Trapezprofil 19 ist hier symmetrisch ausgebildet und weist einen flachen Zahnkopf 19a sowie zwei symmetrische Flanken 19b, 19c auf. Die Taschen 20 werden nach außen durch einen Nutgrund 19d zwischen den Flanken 19b, 19c begrenzt. Die Ausbildung der Wirbel für das Trapezprofil 19 ist in Fig. 11 dargestellt. Fig. 8 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 with a trapezoidal tooth profile 19, between which pockets 20 (tooth spaces) are arranged. The trapezoidal profile 19 is formed symmetrically here and has a flat tooth tip 19a and two symmetrical flanks 19b, 19c. The pockets 20 are bounded outwardly by a groove bottom 19d between the flanks 19b, 19c. The formation of the vertebrae for the trapezoidal profile 19 is shown in Fig. 11.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausftihrungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 in Form eines Zahnprofils 21, welches als Parallelogramm ausgebildet und somit asymmetrisch in Bezug auf eine Radialebene ist. Zwischen den Zahnprofilen 21 sind Taschen 22 gebildet. Das Parallelogrammprofil 21 weist einen abgeflachten Zahnkopf 21a und zwei parallel zueinander angeordnete Flanken 21b, 21c auf, zwischen welchen sich ein Nutgrund 21d erstreckt. 9 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a tooth profile 21, which is designed as a parallelogram and thus asymmetrical with respect to a radial plane. Between the tooth profiles 21 pockets 22 are formed. The parallelogram 21 has a flattened tooth tip 21a and two parallel flanks 21b, 21c, between which a groove bottom 21d extends.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 mit einem abgeflachten Zahnprofil 23 und gerundeten, d. h. etwa halbkreisförmig ausgebildeten Taschen 24. Von einem abgeflachten Zahnkopf 23a gehen jeweils kreisförmig konkav ausgebildete Flanken 23a, 23b ab, welche die halbkreisförmigen Taschen 24 bilden. In der Tasche 24 kann sich ein stehender Wirbel ausbilden. Fig. 10 shows a further embodiment of the invention for the inner profile 7 with a flattened tooth profile 23 and rounded, ie approximately semicircular pockets 24. From a flattened tooth tip 23a go from each circular concave flanks 23a, 23b, which form the semicircular pockets 24 , In the pocket 24, a standing vortex can form.

Fig. 11 zeigt eine Darstellung der Wirbelbildung für das Innenprofil 7 gemäß Fig. 8, d. h. mit trapezförmig ausgebildetem Zahnprofil 19 und entsprechenden Taschen 20. Aufgrund der symmetrischen Geometrien des Zahnprofils 19 und der Taschen 20 bilden sich zwei gleiche rechts drehende Wirbel 25, 26 in der Tasche 20 aus. FIG. 11 shows a representation of the vortex formation for the inner profile 7 according to FIG. 8, ie with a trapezoidal tooth profile 19 and corresponding pockets 20. Due to the symmetrical geometries of the tooth profile 19 and the pockets 20, two identical clockwise rotating vertebrae 25, 26 are formed the bag 20 off.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 in Form eines abgewandelten Sägezahnprofils 27 mit Taschen 28. FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a modified sawtooth profile 27 with pockets 28.

Das Sägezahnprofil 27 ist asymmetrisch ausgebildet und weist einen leicht abgeflachten Zahnkopf 27a sowie eine kurze, relativ steile Flanke 27b und eine längere, weniger steile Flanke 27c auf. An beide Flanken 27b, 27c schließt sich ein in Umfangsrichtung verlaufender Nutgrund 27d an.The sawtooth profile 27 is asymmetrical and has a slightly flattened tooth tip 27a and a short, relatively steep flank 27b and a longer, less steep flank 27c. Both flanks 27b, 27c are adjoined by a groove base 27d extending in the circumferential direction.

Fig. 13 zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Innenprofil 7 in Form eines Schwalbenschwanzprofils 29 mit entsprechenden Taschen 30. Das Schwalbenschwanzprofil 29 und auch die Taschen 30 sind symmetrisch ausgebildet. An einen flachen Zahnkopf 29a schließen sich zwei aufeinander zulaufende Flanken 29b, 29c an, welche auf einen Nutgrund 29d treffen. Fig. 13 shows a final embodiment of the invention for the inner profile 7 in the form of a dovetail profile 29 with corresponding pockets 30. The dovetail profile 29 and the pockets 30 are formed symmetrically. A flat tooth head 29a is adjoined by two mutually converging flanks 29b, 29c, which meet a groove bottom 29d.

Weitere Ausführungsformen, welche ebenfalls die erfindungsgemäße Wirbelbildung bewirken, sind möglich. Wesentliches, allen vorgenannten Ausführungsformen gemeinsames Merkmal ist eine relativ scharfe Kante im Bereich des Zahnkopfes, welche eine Teilung der tangential gerichteten Strömung bewirkt. Die Taschen verlaufen wie die Zahnprofile in Längsrichtung (achsparallel) und bilden somit Längsnuten, in welchen sich die Wirbel ausbilden. Das erfindungsgemäße Innenprofil des Zargenringes stellt somit quasi eine Innenverzahnung dar, wobei weitere Zahn- und Taschenformen denkbar sind.Further embodiments which likewise bring about the vortex formation according to the invention are possible. Essential, all the aforementioned embodiments common feature is a relatively sharp edge in the region of the tooth head, which causes a division of the tangentially directed flow. The pockets extend like the tooth profiles in the longitudinal direction (paraxial) and thus form longitudinal grooves, in which form the vertebrae. The inner profile of the Zargenringes invention thus represents quasi an internal toothing, with other tooth and pocket shapes are conceivable.

Claims (13)

Axialgebläse, aufweisend einen Axiallüfter (3) und eine Luftleiteinrichtung (1) mit einem Leitring (2), wobei der Axiallüfter (3) Axialschaufeln (4) und einen mit den Schaufelspitzen verbundenen Mantelring (5) aufweist, welcher mit dem Leitring (2) einen Radialspalt (s) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (2) ein Innenprofil (7) aufweist, welches in den Radialspalt (s) hineinragt und - über den Umfang verteilt - abwechselnd Zähne (8, 12, 14, 16, 19, 21, 23, 27, 29) und Taschen (9, 13, 15, 17, 20, 22, 24, 28, 30) aufweist.Axial fan, comprising an axial fan (3) and an air guide (1) with a guide ring (2), wherein the axial fan (3) has axial blades (4) and a shroud (5) connected to the blade tips, which is connected to the guide ring (2). forms a radial gap (s), characterized in that the guide ring (2) has an inner profile (7) which projects into the radial gap (s) and - distributed over the circumference - alternately teeth (8, 12, 14, 16, 19 , 21, 23, 27, 29) and pockets (9, 13, 15, 17, 20, 22, 24, 28, 30). Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (14, 19, 23, 29), bezogen auf eine Radialebene, symmetrisch ausgebildet sind.Axial blower according to claim 1, characterized in that the teeth (14, 19, 23, 29), based on a radial plane, are symmetrical. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8, 12, 16, 21, 27), bezogen auf eine Radialebene, asymmetrisch ausgebildet sind.Axial blower according to claim 1, characterized in that the teeth (8, 12, 16, 21, 27), based on a radial plane, are asymmetrical. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8, 12, 14) einen Zahnkopf aufweisen, der spitz ausgebildet ist.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth (8, 12, 14) have a tooth head, which is pointed. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (16, 19, 21, 23, 27, 29) einen Zahnkopf (16a, 19a, 21 a, 23a, 27a, 29a) aufweisen, der abgeflacht ist.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth (16, 19, 21, 23, 27, 29) have a tooth head (16a, 19a, 21a, 23a, 27a, 29a) which is flattened. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8, 12, 16, 27) ein Sägezahnprofil aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth (8, 12, 16, 27) have a sawtooth profile. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne ein Dreiecksprofil (14) aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth have a triangular profile (14). Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (15) ein Trapezprofil aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the pockets (15) have a trapezoidal profile. Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne ein Schwalbenschwanzprofil (29) aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth have a dovetail profile (29). Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne ein Trapezprofil (19) aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth have a trapezoidal profile (19). Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne ein Parallelogrammprofil (21) aufweisen.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the teeth have a parallelogram (21). Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (24) rund, insbesondere halbkreisförmig ausgebildet sind.Axial blower according to one of the preceding claims, characterized in that the pockets (24) are round, in particular semicircular. Verfahren zur Verhinderung einer Rezirkulationsströmung bei einem Axialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zwischen einem rotierenden Mantel und einem festen Zargenring ein Ringspalt gebildet ist, , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringspalt Wirbel (10, 11; 17,18; 25, 26) erzeugt werden, deren Drehrichtung etwa senkrecht zu der Rezirkulationsströmung verläuft.Method for preventing a recirculation flow in an axial blower according to one of the preceding claims, in which an annular gap is formed between a rotating jacket and a fixed frame ring, characterized in that in the annular gap vortexes (10, 11, 17, 18, 25, 26 ) are generated, whose direction of rotation is approximately perpendicular to the recirculation flow.
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