Mehrstufiges Radialgebläse

Abstract

 Mehrstufiges Radialgebläse mit einer Rückführbeschaufelung, die zumindest teilweise geschlossen ausgeführt ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrstufiges Radialgebläse, insbesondere ein mehrstufiges Miniaturradialgebläse.

[0002] Radialgebläse sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solches bzw. dessen Komponenten werden beispielsweise in der EP 1 013 938 B1 offenbart. Vom Grundaufbau ähnliche Konzepte sind im Stand der Technik auch als Kreiselpumpen bekannt, so beispielsweise aus der DE 100 33 402 A1. Derartige Kreiselpumpen sind jedoch keine Radialgebläse, da sie nicht zum Fördern von Gasen, sondern von Flüssigkeiten ausgelegt sind. Dies bedingt unterschiedliche Ausführungen, Auslegungen und Bauformen. Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Kreiselpumpen mehrstufig auszulegen. Dazu ist es ebenfalls bekannt, zur Beschickung der zweiten und folgenden Stufen Rückführschaufeln vorzusehen. Diese werden bei Kreiselpumpen im Stand der Technik, wie beispielsweise in der DE 100 33 402 A1 überwiegend offen ausgeführt. Diese Rückführbeschaufellungen sind dazu vorgesehen, den Drall der Flüssigkeit zu nutzen, die nachfolgenden Stufen wirkungsvoller zu beschicken.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radialgebläse wie aus der EP 1 013 938 B1 bekannt, so fort zu entwickeln, dass höhere Druckunterschiede bei hohem Wirkungsgrad erreichbar sind. Dazu hat der Erfinder zunächst Bemühungen unternommen, die Drehzahl des Gebläses entsprechend zu erhöhen. Dies führte jedoch nicht zum gewünschten Ergebnis. Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch eine Rückführbeschaufelung, die zumindest teilweise geschlossen ausgeführt ist und Rückführschaufeln aufweist, die identisch zu den Laufradschaufeln des Laufrades der jeweiligen Laufradkammer ausgebildet sind. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.

[0004] Erfindungsgemäß weist das Radialgebläse mindestens zwei im Querschnitt kreisförmige und strömungstechnisch hintereinander geschaltete sowie geometrisch konzentrisch angeordnete Laufradkammern auf. Jede Laufradkammer der mindestens zwei Laufradkammern weist ein Laufrad auf. Dieses weist einen kreisförmigen Deckel und einen kreisförmigen Boden auf, die konzentrisch zueinander und zur Laufradkammer angeordnet sind. Im Boden ist zentrisch eine Lufteintrittsöffnung angeordnet. Darüber hinaus weist das Laufrad eine Mehrzahl teilspiralförmiger Laufradschaufeln auf, wie dies beispielsweise aus der EP 1 013 938 B1 bekannt ist. Somit handelt es sich um ein zumindest teilweise geschlossenes Laufrad. Die Laufradschaufeln erstrecken sich dabei zwischen Deckel und Boden von der Lufteintrittsöffnung radial nach außen. Dabei ist erfindungsgemäß in mindestens einer Laufradkammer, der strömungstechnisch mindestens eine weitere Laufradkammer nachgeschaltet ist, eine drehfest mit der Laufradkammer verbundene Rückführbeschaufelung angeordnet. Dabei ist die Rückführbeschaufelung erfindungsgemäß zumindest teilweise geschlossen und weist sie Rückführschaufeln auf, die identisch zu den Laufradschaufeln des Laufrades der Laufradkammer ausgebildet sind.

[0005] Durch eine solche Rückführbeschaufelung in zumindest einer Laufradkammer, der strömungstechnisch mindestens eine weitere Laufradkammer nachgeschaltet ist, lässt sich der Wirkungsgrad insbesondere bei der Verwendung des Radialgebläses zur Erzielung hoher Druckunterschiede deutlich steigern.

[0006] Eine solche Rückführbeschaufelung unterscheidet sich dabei von bekannten Kreiselpumpen durch die Ausbildung der Rückführbeschaufelung entsprechend der Laufradschaufeln. Dadurch kann eine optimale Ausnutzung des Dralls und eine besonders effiziente Beschickung bzw. Umlenkung in die nachfolgende Stufe erreicht werden.

[0007] Dazu weist die Rückführbeschaufelung gemäß Anspruch 2 vorteilhafterweise einen zentrischen Luftaustritt auf, der strömungstechnisch mit dem Lufteintritt des Laufrades der strömungstechnisch nachgeschalteten Laufradkammer verbunden ist. Im Rahmen dieses Luftaustrittes bzw. kurz davor oder danach wird vorteilhafterweise auch eine Umlenkung der zu befördernden Gasmenge um 90° bewirkt.

[0008] Vorteilhafterweise ist das Radialgebläse ein Miniaturradialgebläse.

[0009] Vorteilhafterweise beträgt der Durchmesser der Laufräder Laufradkammern, und/oder Rückführbeschaufelung(en) 3 bis 10 cm, insbesondere 4 bis 8 cm, insbesondere 5 bis 7 cm.

[0010] Vorteilhafterweise ist das Radialgebläse gemäß Anspruch 3 insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführschaufeln in ihrer Anzahl, Form, Längsschnittsform und/oder relativen Anordnung zueinander und/oder im Querschnitt der Laufradkammer identisch zu den Laufradschaufeln des Laufrades der Laufradkammer ausgebildet sind.

[0011] Es kommt also nicht darauf an, dass als Rückführbeschaufelung eine bezüglich der Schaufeln vollständig äquivalente Nachbildung des Laufrades der Laufradkammer verwendet wird, auch wenn dies vorteilhaft ist. Möglich ist es beispielsweise auch, die Rückführbeschaufelung allein entsprechend ihrer Längsschnittsform oder ihrer relativen Anordnung zueinander bzw. in Bezug auf die Anordnung im Querschnitt der Laufradkammer mit den Laufradschaufeln identisch auszuführen.

[0012] Insbesondere bevorzugt wird eine Übereinstimmung mit den Laufradschaufeln in Bezug auf die Anzahl, die Längsschnittsform und die relative Anordnung zueinander sowie die Anordnung im Querschnitt der Laufradkammer.

[0013] Insbesondere die Übereinstimmung in der Höhe der Rückführschaufeln mit der der Laufradschaufeln ist von untergeordneter Bedeutung und kann insbesondere, je nach Anwendungszweck, bewusst abweichend von der Höhe der Laufradschaufeln gewählt werden, um eine entsprechende Druckanpassung zu bewirken.

[0014] Vorteilhafterweise weist die Rückführbeschaufelung gemäß Anspruch 4 betrachtet vom radial Inneren zum radial Äußeren zunächst einen geschlossenen und anschließend einen zum Laufrad der gleichen Laufradkammer hin geöffneten Bereich auf. Durch einen solchen, zumindest zum Laufrad der gleichen Kammer geöffneten Bereich, kann eine besonders effiziente Einführung in die Rückführbeschaufelung gewährleistet werden.

[0015] Insbesondere ist die Laufradkammer so gestaltet, dass sie im Längsschritt parallel zur Achse der konzentrischen Anordnung an den Enden einen halbkreisförmigen Abschluss aufweist, an dessen dem Laufrad abgewandten Seite die dem Laufrad abgewandte Seite der Rückführbeschaufelung beginnt und an dessen dem Laufrad zugewandten Bereich das der Rückführbeschaufelung abgewandte Ende des Laufrades angeordnet ist. Auch kann eine Form mit nach oben und unten viertelkreisförmigen Abschlüssen mit dazwischen liegendem geraden Abschnitt gewählt werden. Dabei wird das Laufrad in Bezug auf den halbkreisförmigen Abschluss bzw. den viertelkreisförmigen Abschluss vorteilhafterweise so angeordnet, dass das der Rückführbeschaufelung abgewendete Ende der Laufradschaufeln mit der halbkreisförmigen bzw. viertelkreisförmigen Rundung abschließt. Dadurch ergibt sich radial außerhalb des Laufrades und der Rückführbeschaufelung ein im Schnitt halbkreisförmiger, ggf. gestreckter Raum, der sich radial um die Rückführbeschaufelung und das Laufrad erstreckt und so eine optimale Überführung der Gasmengen vom Laufrad in die Rückführbeschaufelung ermöglicht.

[0016] Mit Vorteil ist die Rückführbeschaufelung gemäß Anspruch 5 im zum Laufrad der gleichen Laufradkammer hin geöffneten Bereich vom Laufrad der gleichen Laufradkammer abgewandten Bereich geschlossen. Auch dies unterstützt eine möglichst effiziente Weiterführung der Gasmengen in die nachfolgenden Stufen.

[0017] Mit Vorteil weist das Laufrad in der Kammer mit Rückführbeschaufelung bzw. weist die Rückführbeschaufelung gemäß Anspruch 6 je 19 Schaufeln auf.

[0018] Bevorzugt wird auch eine Schaufelanzahl von 17 bis 21 Schaufeln pro Laufrad bzw. Rückführbeschaufelung.

[0019] Mit Vorteil sind alle Laufräder und/oder Rückführbeschaufelungen des Radialgebläses identisch ausgeführt. Mit besonderem Vorteil weisen abgesehen von der strömungstechnisch letzten Laufradkammer des Anspruches 8 alle Laufradkammern eine geschlossene Rückführbeschaufelung mit identisch zu den jeweiligen Laufradschaufeln des Laufrades der jeweiligen Laufradkammer ausgebildeten Rückführschaufeln auf. Dabei gilt bezüglich der Identität der Schaufeln in Bezug auf Anspruch 3 Ausgeführtes.

[0020] Mit Vorteil sind die Rückführschaufeln unter Berücksichtigung der Merkmale der entsprechenden vorstehenden Ansprüche gemäß Anspruch 9 so ausgebildet, dass die Querschnitte zwischen den Rückführschaufeln, die zur Führung der Gasmassen verwendet werden, vom radial Inneren zum radial Äußeren zunächst ansteigen und anschließend konstant bleiben oder kleiner werden, wobei der ansteigende Bereich vorteilhafterweise zwei Drittel der radialen Erstreckung der Rückführschaufeln aufweist und die Veränderung der Querschnitte durch im Längsschnitt durch die Schaufeln über den Radius unterschiedlich dicke Rückführschaufeln bewirkt wird.

[0021] Durch eine solche Ausbildung der Rückführbeschaufelung und auch der Laufradschaufeln kann eine besonders effiziente Förderung der Gasmengen bewirkt werden.

[0022] Mit besonderem Vorteil sind die Rückführschaufeln so ausgebildet, dass ihr Rückführschaufelaustrittswinkel 55° bis 80° bzw. ihr Rückführschaufeleintrittswinkel 15° bis 35° beträgt. Der Rückführschaufelaustrittswinkel ist der Winkel der Tangente an einer Rückführschaufel im radial Innersten. Der Rückführschaufelaustrittswinkel ist der Winkel der Tangente am radial äußersten Punkt der Rückführschaufel. Dabei wird der Winkel jeweils gegen die Tangente eines virtuellen Kreises an diesem Punkt um die Achse der Konzentrizität der Laufradkammer gemessen.

[0023] Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Vorteile sollen rein exemplarisch und nicht beschränkend anhand der nachfolgenden Beschreibung der rein schematischen Skizzen gezeigt werden. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:

Fig. 1

eine Ansicht einer Rückführbeschaufelung;

Fig. 2

einen Querschnitt durch eine Rückführbeschaufelung;

Fig. 3

einen Längsschnitt durch ein Radialgebläse; und

Fig. 4

einen Querschnitt durch eine Rückführbeschaufelung.

[0024] Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Rückführbeschaufelung 9. Zu erkennen sind Rückführschaufeln 7 angeordnet zwischen einem Rückführbeschaufelungsboden 10 und einem Rückführbeschaufelungsdeckel 11. Zu erkennen ist, dass die Rückführbeschaufelung 9 im Bereich des Rückführbeschaufelungsboden 10 geschlossen ist und in dem Bereich, in dem der Rückführbeschaufelungsboden 10 nicht angeordnet ist, einseitig geöffnet ist. Zu erkennen sind auch die teilspiralförmigen Enden der Rückführschaufeln 7, die über den Rückführbeschaufelungsboden 10 hinaus stehen.

[0025] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Rückführbeschaufelung. Zu erkennen sind Rückführschaufeln 7 im Längsschnitt 20. Sie sind teilspiralförmig ausgebildet auf einen Rückführbeschaufelungsdeckel 11 aufgesetzt. Dieser weist einen Luftaustritt 21 auf. Dieser ist zentrisch angeordnet.

[0026] Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Radialgebläse. Zu erkennen sind eine erste Laufradkammer 6 und eine zweite Laufradkammer 12. In der ersten Laufradkammer 6 ist ein erstes Laufrad 1 angeordnet. In der zweiten Laufradkammer 12 befindet sich ein zweites Laufrad 13. Die Laufräder weisen zwischen Laufradboden 4 und Laufraddeckel 5 Laufradschaufeln 3 auf. Die Laufradböden 4 weisen Lufteintrittsöffnungen 2 auf. Gebildet werden die Laufradkammern 6, 12 durch ein umgebendes Gehäuse aus Kunststoff. In der ersten Laufradkammer 6 ist neben dem ersten Laufrad 1 auch eine Rückführbeschaufelung 9 angeordnet. Diese ist teilweise geöffnet und teilweise geschlossen. Sie weist neben einem Rückführbeschaufelungsdeckel 11 und einem Rückführbeschaufelungsboden 10 Rückführschaufeln 7 auf, die zwischen Rückführbeschaufelungsdeckel 11 und Rückführbeschaufelungsboden 10 angeordnet sind, sich aber auch über die Erstreckung des Rückführbeschaufelungsbodens 10 hinaus erstrecken. Die erste Laufradkammer 6 weist an den äußeren Enden in diesem Längsschnitt einen Luftraum auf, der gebildet wird aus jeweils zwei viertel kreisförmigen Abschnitten mit einem dazwischen angeordneten rechteckigen, geraden Abschnitt. Ein solcher mit zwei viertelkreisförmigen Abschnitten nach oben und unten beschränkter Luftraum sorgt für eine besonders gute Überführung der zu fördernden Gasmengen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die viertelkreisförmigen Begrenzungen auf der einen Seite mit dem der Rückführbeschaufelung abgewandten Ende der Laufradschaufeln 3 auf dem anderen Ende mit den dem Laufrad abgewandten Enden der Rückführschaufeln 7 übereinstimmen. Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Rückführbeschaufelung 9 eine Umlenkung 8 und einen Luftaustritt 21 beinhaltet. Dieser Luftaustritt 21 ist strömungstechnisch unmittelbar mit dem Lufteintritt 2 des zweiten Laufrades 13 gekoppelt. Die Laufradschaufeln 3 des ersten Laufrades 1 weisen in ihrer Längsschnittform, Anordnung und Zahl Identität mit den Rückführschaufeln 7 der Rückführbeschaufelung 9 der ersten Laufradkammer 6 auf.

[0027] Die Laufräder 1 und 13 sind über die Antriebswelle 15 unmittelbar mit dem Antrieb 16 verbunden und können dadurch gegenüber den Laufradkammern 6, 12 und der Rückführbeschaufelung 9, die mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist, in Rotation gebracht werden.

[0028] Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Rückführbeschaufelung, wie auch in Fig. 2 gezeigt. Hier sind jedoch die Rückführschaufeleintrittswinkel 18 und die Rückführschaufelaustrittswinkel 17 gekennzeichnet. Darüber hinaus sind Querschnitte 19 gekennzeichnet, die zunächst vom Radialinneren zum Radialäußeren hin ansteigen und sodann wieder abfallen. Im eingezeichneten Beispiel beträgt das Radialinnerste der eingezeichnete Querschnitte 19 im Durchschnitt 3,2 mm, der sich daran radial nach außen anschließenden 3, 4,5 mm der Folgende 3,5 mm und der radial äußerste eingezeichnete 3,2 mm.

[0029] Darüber hinaus zu erkennen ist, dass die Rückführschaufeln 7 in ihrem Längsschnitt 20 über den Radius unterschiedliche Dicken aufweisen und dadurch gerade die Veränderung des Querschnittes 19 bewirken.

Bezugszeichen

[0030] 

1

Erstes Laufrad

2

Lufteintrittsöffnung

3

Laufradschaufel

4

Laufradboden

5

Laufraddeckel

6

erste Laufradkammer

7

Rückführschaufel

8

Umlenkung

9

Rückführbeschaufelung

10

Rückführbeschaufelungsboden

11

Rückführbeschaufelungsdeckel

12

Zweite Laufradkammer

13

Zweites Laufrad

14

Gehäuse

15

Antriebswelle

16

Antrieb

17

Rückführschaufelaustrittswinkel

18

Rückführschaufeleintrittswinkel

19

Querschnitte

20

Rückführschaufellängsschnitt

21

Luftaustritt

Ansprüche

1. Radialgebläse umfassend mindestens zwei im Querschnitt kreisförmige strömungstechnisch hintereinander und geometrisch konzentrisch angeordnete Laufradkammern (6,12) aufweisend
je ein Laufrad (1, 13) aufweisend einen kreisförmigen Laufraddeckel (5) und einen kreisförmigen Laufradboden (4), die konzentrisch zueinander und zur Laufradkammer (6, 12) angeordnet sind,
eine im Laufradboden (4) zentrisch angeordnete Lufteintrittsöffnung (2) und
eine Mehrzahl teilspiralförmiger Laufradschaufeln (3),
die sich zwischen Laufraddeckel (5) und Laufradboden (4) von der Lufteintrittsöffnung (2) radial nach außen erstrecken,
wobei mindestens in einer Laufradkammer (6),
der strömungstechnisch mindestens eine weitere Laufradkammer (12) nachgeschaltet ist,
eine drehfest mit der Laufradkammer (6) verbundene Rückführbeschaufelung (9) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rückführbeschaufelung (9) zumindest teilweise geschlossen ist und Rückführschaufeln (7) aufweist, die identisch zu den Laufradschaufeln (3) des Laufrades (1) der Laufradkammer (6) ausgebildet sind.

2. Radialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführbeschauflung (9) einen zentrischen Luftaustritt (21) aufweist, der strömungstechnisch mit der Lufteintrittsöffnung (2) des Laufrades (13) der strömungstechnisch nachgeschalteten Laufradkammer (12) verbunden ist.

3. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführschaufeln (7) in ihrer Anzahl, Form, Längsschnittsform (20) und/oder relativen Anordnung zueinander und/oder im Querschnitt der Laufradkammer identisch zu den Laufradschaufeln (3) des Laufrades (1) der Laufradkammer (6) ausgebildet sind.

4. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführbeschauflung (9) betrachtet vom radial Inneren zum radial Äußeren zunächst einen geschlossenen und anschließend einen zum Laufrad der gleichen Laufradkammer hin geöffneten Bereich aufweist.

5. Radialgebläse nach dem vorstehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführbeschauflung (9) im zum Laufrad der gleichen Laufradkammer hin geöffneten Bereich zur vom Laufrad der gleichen Laufradkammer abgewandten Bereich geschlossen ist.

6. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad und/oder die Rückführbeschauflung in der mindestens einen Laufradkammer mit Rückführbeschauflung neunzehn Schaufel aufweist/aufweisen.

7. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Laufräder und/oder Rückführbeschauflungen des Miniaturgebläses identisch ausgeführt sind.

8. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abgesehen von der strömungstechnisch letzten Laufradkammer alle Laufradkammern eine geschlossen Rückführbeschaufelung mit identisch zu den Laufradschaufeln des Laufrades der jeweiligen Laufradkammer ausgebildeten Rückführschaufeln aufweisen.

9. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte (19) zwischen den Rückführschaufeln (7) betrachtet durch über den Radius unterschiedlich dicke Rückführschaufeln (7) vom radial Inneren zum radial Äußeren zunächst ansteigt und anschließend konstant bleibt oder kleiner wird, wobei der ansteigende Bereich vorteilhafterweise zweidrittel der radialen Erstreckung der Rückführschaufeln (7) aufweist.

10. Radialgebläse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführschaufelaustrittswinkel 55° bis 80° und/oder der Rückführschaufeleintrittswinkel 15° bis 35° beträgt.

Zeichnung