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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umlenken
einer Luftströmung, und
sie bezieht sich mehr im einzelnen auf eine Vorrichtung, um in effizienter
Weise eine horizontale, ebene, radial nach innen gerichtete Luftströmung um 90° zu einer
in vertikaler Richtung gerichteten Luftströmung umzulenken, die ein im
wesentlichen gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil
aufweist. Zusätzlich
stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bereit, um eine
dreidimensionale, nach innen gerichtete Luftströmung zu einer ebenen, radial
nach innen gerichteten Strömung
zu lenken, und auch eine Vorrichtung, um eine Luftströmung, die
ein im wesentlichen gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil
aufweist, zu dem Einlaß eines
ummantelten Gebläses zu
lenken.
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Windkanäle können im
allgemeinen in Form eines offenen Kreises ausgelegt sein, wobei
die Luft von der umgebenden Atmosphäre angesaugt und in diese abgegeben
wird, oder als geschlossener Kreislauf ausgelegt sein, in dem die
Luft zurückgeführt wird.
Im Falle einer Auslegung in Form eines offenen Kreises ist bei aus
dem Stand der Technik bekannten Windkanälen, um eine in vertikaler
Richtung abgegebene Luftströmung
zu erzeugen, ein in vertikaler Richtung ausgerichtetes Gebläse verwendet
worden, um unmittelbar die Luft zu beschleunigen, die an einen oberen
Austrittsquerschnitt ausgestoßen
wird. Windkanäle
wie diese wurden und werden für
Freizeitzwecke verwendet, wie etwa um eine Umgebung des freien Falls
zum Trainieren von Skydivern zu erzeugen, oder für wissenschaftliche und forschungsbezogene
Zwecke. Wenn ein solcher Windkanal für Freizeit- oder Trainingszwecke
eingesetzt wird, wird ein Benutzer unmittelbar in der beschleunigten
Luftströmung
angeordnet, die auf den Körper
des Benutzers mit einer ausreichenden Kraft einwirkt, um den Körper des
Benutzers in einer bestimmten Höhe
zu tragen. Der Benutzer wird auf diese Weise in der angehobenen
Position gehalten, bis der Benutzer aus der Luftströmung herausgenommen
wird, oder bis die Luftströmung
verlangsamt oder abgestellt wird. Bei einem Einsatz für Forschungszwecke
wird ein zu untersuchender Gegenstand in der Luftströmung angeordnet,
so daß Messungen
vorgenommen werden können.
In üblicher
Weise werden auch Rauchspurenerzeuger eingesetzt, so daß die Luftströmung um
den Gegenstand herum beobachtet werden kann. Bei beiden Verwendungen
ist ein relativ gleichmäßiges bzw.
gleichförmiges
Geschwindigkeitsprofil in hohem Maße wünschenswert.
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Bestehende
vertikale Windkanäle,
wie sie vorstehend beschrieben worden sind, haben allerdings mehrere
Nachteile im Hinblick auf diese Verwendungen. Zum Beispiel wird
der Benutzer unter freizeitbezogenen Umständen entweder unmittelbar über oder
unmittelbar unter das Gebläse
oder den Gebläsemotor
angehoben und ist daher Geräuschniveaus
ausgesetzt, die hoch genug sind, daß Ohrstöpsel benötigt werden, um den Schall
auf ein erträgliches
Niveau abzusenken. Weiterhin ist die Luftströmung, die aus dem Gebläse herauskommt,
im allgemeinen recht turbulent und hat ein unebenes Geschwindigkeitsprofil,
was zu rauhen Bedingungen für den
Benutzer und zu unvorhersehbaren Abweichungen für den Forscher führen kann.
Diese Probleme werden durch die Tatsache verschärft, daß die meisten vertikalen Windkanäle dieser
Bauart einen standardmäßigen Propeller
eines Luftfahrzeugs verwenden, um die Luft zu beschleunigen, was
weiterhin zu den erhöhten
Geräuschleveln
und den unebenen Geschwindigkeitsprofilen beiträgt.
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Außerdem bringt
die Positionierung des Gebläsemotors
in einer vertikal aufrechten Orientierung ihre eigene Menge von
ingenieurmäßigen Problemen mit
sich. Zunächst
kann, um die gewünschte
laminare Stimmung zu erzeugen, die Länge der gesamten Anordnung
von dem Antriebsmotor des Gebläses
bis zu dem oberen Austrittsquerschnitt ziemlich groß sein.
Aus diesem Grunde muß,
um die notwendige Ausrüstung
unterzubringen und um den oberen Austrittsquerschnitt des Windkanals
an einer ohne weiteres zugänglichen
Stelle anzuordnen, entweder eine erhebliche Ausschachtung oder eine
Konstruktion einer erhöhten
Struktur vorgenommen werden, die die Kosten und die Komplexität der Konstruktion
des Windtunnels erheblich erhöhen
können.
Weiterhin müssen
zusätzliche
Leitungen bzw. Ummantelungen gebaut werden, um Einlaßluft für das Gebläse bereitzustellen,
was den Aufwand der Konstruktion weiterhin erhöht. Sogar von noch größerer Bedeutung
ist allerdings die Tatsache, daß die
vertikale Orientierung des Gebläsemotors
eine höhere
Beanspruchung auf die Motorlagerungen bringt als dies bei einer
horizontalen Orientierung der Fall wäre, so daß dadurch die Wartungskosten
erhöht
werden und die Lebensdauer des Motors reduziert wird.
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Um
diese Probleme zu überwinden,
sind Windkanäle
gebaut worden, um vertikale Luftströmungen zu erzeugen, wobei im
wesentlichen horizontal orientierte Gebläse verwendet werden. Als Beispiel
sind im Stand der Technik Windkanäle gebaut worden, um eine vertikale
Luftströmung
zu erzeugen, unter Verwendung von horizontalen Gebläsen, wobei
das horizontale Gebläse
die Luft durch einen Abschnitt eines horizontalen Kanals beschleunigt,
nach dem die Luft in eine vertikale Richtung umgelenkt wird, wobei
ein in vertikaler Richtung abgewinkeltes Leitblech oder eine Leitvorrichtung
verwendet wird. Allerdings sind bei Vorrichtungen aus dem Stand
der Technik, bei denen dieses Verfahren eingesetzt worden ist, Probleme
aufgetreten. Beispielsweise ist das Geschwindigkeitsprofil der Luftströmung, die
den Windkanal verläßt, nicht
so gleichförmig
oder einheitlich, wie es im allgemeinen gewünscht ist oder benötigt wird.
Weiterhin sind die Leitbleche, die dazu verwendet werden, um die
Strömung
umzulenken, sehr ineffizient, was zu nicht hinnehmbaren Energieverlusten
führt und
somit zu Geschwindigkeiten der Luftströmung, die niedriger als gewünscht sind.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einer Vorrichtung zum Erzeugen einer
vertikalen Luftströmung, die
relativ gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten
erzeugt, die relativ ruhig im Betrieb ist, die einfach ausgelegt
und aufgebaut ist und die zu niedrigen Kosten zusammengesetzt und
gewartet werden kann. Demgemäß besteht
auch eine Notwendigkeit an einer Vorrichtung, die in effizienter
Weise Luft ausgehend von einer im wesentlichen horizontalen Richtung
in eine im wesentlichen vertikale Richtung umlenken kann. Außerdem besteht
ein Bedarf an einer Vorrichtung, die eine dreidimensionale, nach
innen gerichtete Luftströmung
zu einer im wesentlichen ebenen, radial einwärts gerichteten Luftströmung umlenken
kann. Weiterhin besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, die eine
Luftströmung auf
die vorstehend genannten Weisen in einer effizienten Weise umlenken
kann, wobei relativ hohe Energieverhältnisse beibehalten werden.
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Aus
der WO99/06274 ist eine vertikale Windkanalanordnung bekannt, bei
der eine Anzahl von Gebläsen
in jeweiligen Leitungen oder Ummantelungen angeordnet sind, die
sich radial in bezug auf die vertikale Achse eines vertikalen Luftauslasses
erstrecken, wobei die Gebläse
und ihre Leitungen bzw. Ummantelungen in regelmäßigen Intervallen um diese
Achse herum angeordnet sind, und wobei die einzelnen radialen Leitungen
an das untere Ende des Luftauslasses über entsprechende Biegungen
angeschlossen sind.
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Aus
der WO083/01380 ist eine ähnliche
Vorrichtung bekannt, bei der allerdings drei Motor-/Gebläseeinheiten,
die in entsprechenden Leitungen angebracht sind, unter gleichen
Winkeln um die vertikale Achse des vertikalen Luftauslasses herum
beabstandet angeordnet sind, wobei die Motor-/Gebläseeinheiten
auch jeweils nach oben geneigt sind, von ihren jeweiligen Einlässen zu
ihren Auslässen,
und die entsprechenden Leitungen die Form von Biegungen annehmen,
die dazu dienen, die Luftströmung
nach und nach in Richtung auf eine vertikale Richtung zu führen, so
daß die
Luftströmung
zu dem Zeitpunkt vertikal ist, wenn sie das untere Ende des vertikalen Luftauslasses
erreicht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum Umlenken einer Luftströmung
von einer im wesentlichen horizontalen Strömung zu einer im wesentlichen
vertikalen Strömung
auf eine effiziente Weise bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung
lenkt auch in effizienter Weise eine dreidimensionale, nach innen
gerichtete Luftströmung
zu einer im wesentlichen ebenen, radial einwärts gerichteten Luftströmung um.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in Anspruch 1 festgelegt ist, wird eine vertikale
Windkanalvorrichtung bereitgestellt, mit einer ebenen horizontalen
Stützfläche; einer
konvergierenden Düse, die
eine vertikale zentrale Achse aufweist und mit einem Einlaß an ihrem
unteren Ende und mit einem Auslaß an ihrem oberen Ende versehen
ist, wobei die Düse
in einem Abstand von der genannten Stützfläche angeordnet ist, um einen
Eintritt für
Luft in den genannten Einlaß zu
bilden, wobei eine Schnecke das Einlaßende der konvergierenden Düse umschließt, wobei
der Boden der Schnecke durch die genannte ebene horizontale Stützfläche gebildet wird,
wobei die genannte Vorrichtung mit einem Einlaßabschnitt versehen ist, der
einen Eintritt für
Luft in die genannte Schnecke bildet, und wobei die Vorrichtung
mit einem Gebläseabschnitt
versehen ist, mit einem Gebläse,
das um eine horizontale Achse drehbar ist, um Luft entlang eines
sich in horizontaler Richtung erstreckenden Diffusorabschnitts zu
dem genannten Einlaßabschnitt
und von dort zu der genannten Schnecke zu lenken.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 13 beschrieben.
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Die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung lenkt eine Luftströmung ausgehend
von einer im wesentlichen horizontal gerichteten Strömung zu einer
im wesentlichen vertikal gerichteten Strömung um, dadurch, daß zunächst eine
dreidimensionale, horizontal gerichtete Luftströmung ausgehend von einem horizontal
angebrachten, ummantelten Gebläse
erzeugt wird. Diese dreidimensionale Strömung wird dann in den Boden
einer vertikal orientierten Düse
in einer radial einwärts
gerichteten Weise gelenkt. Schließlich wird die radial einwärts gerichtete Strömung in
eine vertikal auswärts
gerichtete Strömung
umgewandelt und wird durch die Düse
herausgedrückt.
Die Umlenkung der Strömung
von einer radial einwärts
gerichteten zu einer vertikal auswärts gerichteten Richtung wird
mit Hilfe einer Stagnationszone erreicht, die in der Düse durch
das Aufeinandertreffen aller einwärts gerichteten Strömungen aufeinander
erzeugt wird. Die Umlenkung von einer dreidimensionalen einwärts gerichteten
Strömung
zu einer im wesentlichen ebenen, radial einwärts gerichteten Strömung wird
durch die Schnecke erzeugt.
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Während die
Schnecke eine beliebige Form aufweisen kann, die in der Lage ist,
die dreidimensionale Strömung
in eine im wesentlichen ebene, radial einwärts gerichtete Strömung umzuwandeln,
ist sie in bevorzugter Weise in der Form von zwei symmetrischen
Kammern oder einer Spirale, oder weiter bevorzugt in Form einer
hyperbolischen Spirale. Wenn die symmetrischen Kammern genutzt werden,
wird die horizontal gerichtete dreidimensionale Strömung aufgeteilt,
bevor sie die Düse
erreicht, und so geleitet, daß jede
Kammer ungefähr
eine Hälfte
der Strömung
erhält.
Jede Kammer arbeitet dann so, daß sie in effizienter Weise
die Luft radial einwärts
auf einer Ebene zu dem Mittelpunkt der Düse verteilt, die gleichmäßig oberhalb
der beiden Kammern verteilt wird.
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Alternativ,
wenn eine hyperbolische Spirale verwendet wird, wird die horizontal
gerichtete dreidimensionale Strömung
um den Umfang der Düse
herum abgelenkt, so daß die
Luft proportional auf einer Ebene in die Düse hinein verteilt wird, bis
die Strömung
im wesentlichen dissipiert ist, wobei etwa verbleibende Luft so
gelenkt wird, daß sie
sich der ankommenden Strömung
anschließt.
In jedem Falle tritt die Strömung
in den Boden der Düse
auf einer im wesentlichen horizontalen Ebene ein und wird radial nach
innen gelenkt, wenn sie in die Düse
eintritt, durch eine Reihe von geformten Führungsschaufeln.
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Beim
Erreichen des Mittelpunkts der Düse wird
eine Stagnationszone gebildet, wenn die einzelnen radial nach innen
gerichteten Strömungen
aufeinander auftreffen. Diese Stagnationszone weist einen hohen
Grad an statischem Druck auf und nimmt die Form eines nach oben
vorstehenden Kegels an, was dahingehend wirkt, daß die Luft
gleichmäßig und effizient
nach oben durch die Öffnung
in der Düse
gelenkt wird. Auf diese Weise wird die Strömung, die aus der Düse austritt,
effizient in eine vertikale Richtung umgelenkt und weist ein im
wesentlichen gleichförmiges
Geschwindigkeitsprofil auf.
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Die
Verwendung von Düsen
zum Lenken einer Fluidströmung
ist auf dem vorliegenden Gebiet der Technik gut bekannt. Insbesondere
ist es bekannt, eine konvergierende Düse in einer Verbrennungskraftmaschine
dazu zu verwenden, um Luft in den Vergaser zu lenken.
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Allerdings
ist bei den meisten aus dem Stand der Technik bekannten Anwendungen,
bei denen Düsen
verwendet werden, der Einlaß zu
der Düse
mit einem relativ großen
Beruhigungsraum verbunden. Bei diesen Anwendungen wird es als in
hohem Maße wünschenswert
angesehen, Versperrungen von dem Einlaß der Düse wegzuhalten, so daß das Fluid
in einer ungestörten
laminaren Strömung
in die Düse strömt. Demzufolge
hätte ein
Konstrukteur von diesen aus den Stand der Technik bekannten Systemen nicht
den Gedanken, eine Düse
so zu positionieren, wie sie in der vorliegenden Erfindung positioniert
ist, nämlich
mit dem Einlaß in
großer
Nähe zu
einer ebenen, festen Oberfläche.
Diese Anordnung wäre
tatsächlich
das Gegenteil von dem, was im allgemeinen als ein zweckmäßiges Auslegungsmerkmal
betrachtet wird. Außerdem
sei darauf hingewiesen, daß,
obwohl Leitschaufeln bei aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen
für Windkanäle mit geschlossenem
Kreislauf bekannt sind, um Luftströmungen um die Eckbereiche der
Kanäle
des geschlossenen Kreislaufs zu lenken, angenommen wird, daß die Verwendung
von Leitschaufeln, wie sie in der vorliegenden Erfindung offenbart
ist, um radial einwärts
gerichtete Strömungen
zu erzeugen, die aufeinander auftreffen, um eine Stagnationszone
zu erzeugen, bis heute nicht bekannt ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiter einen Windkanal bereit, der
einen horizontalen Einlaß mit einem
Auslaß aufweist,
der senkrecht zu dem Einlaß ist.
Diese Anordnung schafft die Möglichkeit,
daß der Motor
und das Gebläse
entfernt von dem Benutzer angeordnet werden kann, und stellt eine
wesentlich ruhigere Umgebung bereit, als sie bei aus dem Stand der
Technik bekannten vertikalen Konfigurationen bereitgestellt wird.
Weiterhin ermöglicht
der horizontale Abschnitt auch eine größere Kontrolle über die Luftströmung. Auf
diese Weise können
eine im wesentlichen ebene, gleichmäßige Strömung erzeugt werden. Auch vermeidet
der horizontale Einlaßabschnitt
nach der vorliegenden Erfindung die Probleme, die mit einer tiefgehenden
Ausbaggerung zusammenhängen,
die bei vollständig
vertikal orientierten Windkanälen
gemäß dem Stand
der Technik notwendig ist.
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Weiterhin
schafft die vorliegende Erfindung die Möglichkeit der Verwendung eines
ummantelten Gebläses
anstelle von Gebläsen
mit standardmäßigen Propellern,
wie sie im Stand der Technik verwendet werden. Ummantelte Gebläse sind
deshalb zweckmäßig, weil
die Geometrie um das ummantelte Gebläse, einschließlich der
Einlaßleitungen
des Gebläses,
leichter kontrolliert werden kann, und auch aufgrund der Tatsache,
daß ummantelte
Gebläse
ruhiger sind und einen höheren
Wirkungsgrad haben als standardmäßige Propeller.
Aus diesem Grunde kann dadurch, daß ein Einlaßdom verwendet wird, der eine
geeignete Form aufweist, die Strömung
in das Gebläse
beeinflußt
werden, um eine Strömung zu
erzeugen, die aus dem Gebläse
herauskommt und das gewünschte
gleichmäßigere bzw.
gleichförmigere
Geschwindigkeitsprofil aufweist. Demgemäß besteht eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, einen Einlaßdom bereitzustellen, der einen
Aufbau aufweist, der ähnlich
der äußeren Düse der vorliegenden
Erfindung ist, die eine Stagnationszone verwendet, um Luft in effizienter
Weise in den Einlaß eines
ummantelten Gebläses
umzulenken.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Umlenken einer Luftströmung von
einer im wesentlichen dreidimensionalen, einwärts gerichteten Strömung zu
einer im wesentlichen ebenen, radial einwärts gerichteten Strömung bereit, und
dann zu einer vertikal nach außen
gerichteten Strömung,
die ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil
aufweist. Die Vorrichtung weist eine im wesentlichen ebene Stützfläche und
eine konvergierende Düse
auf, die so angeordnet ist, daß die
Düsenachse
im wesentlichen senkrecht zu der Stützfläche ist. Die Düse ist in
einem Abstand von der Stützfläche angeordnet,
um eine Düsenöffnung zu
erzeugen, um die radial nach innen gerichtete Luftströmung aufzunehmen.
Die Düse
weist eine Krümmung
auf, die in bevorzugter Weise eine ellipsoide Form aufweist, und
die so gewählt
ist, daß eine
dreidimensionale Druckverteilung oder eine Stagnationszone in dem unteren
Abschnitt der Düse
erzeugt wird, wenn Luft radial nach innen durch die Düsenöffnung strömt, so daß dies dazu
beiträgt,
daß die
Luft in vertikaler Richtung nach außen umgelenkt wird.
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Diese
und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Zeichnungen
und die angehängten
Ansprüche
in vollem Maße
verständlich
und deutlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
die eine Schnecke in Form einer hyperbolischen Spirale aufweist;
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2 zeigt
eine Draufsicht von oben auf die Vorrichtung nach 1;
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3 zeigt
eine seitliche Ansicht eines Querschnitts des horizontalen, die
Luft beschleunigenden Abschnitts der Vorrichtung, entlang der Linie A-A
in 2;
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4 zeigt
eine seitliche Ansicht des Düsenabschnitts
der vorliegenden Erfindung, wie sie in 1 dargestellt
ist; und
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5 zeigt
eine Draufsicht von oben auf eine Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung, die eine Schnecke in Form von zwei symmetrischen Kammern
aufweist.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 bis 5 zeigen
bevorzugt Ausführungsformen
der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die im ganzen mit 10 bezeichnet
ist. Wie am besten anhand von 1 und 2 ersichtlich ist,
weist die Vorrichtung 10 eine innere Kammer 15 auf,
die durch ein äußeres Gehäuse 17 festgelegt
ist. Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Motor 12 auf, der
mit einer horizontal orientierten Ausgangswelle 14 versehen
ist. Die Ausgangswelle 14 treibt das Gebläse 16 an,
welches mit einer Reihe von Schaufeln 18 versehen ist.
Die rotierenden Schrauben 18 beschleunigen die einströmende Luft,
die in 2 durch Pfeile A angedeutet ist, in der stromab
gerichteten Richtung, die durch Pfeile B in 1 und 2 dargestellt
ist. Eine Anzahl von ortsfesten, in radialer Richtung mit Abstand
angeordneten Begradigungsschaufeln 20 sind stromab von
dem Gebläse 16 angeordnet
und dienen dazu, den Luftstrom zu begradigen, der von den Schaufeln 18 angetrieben
wird, und neigen dazu, drehende Komponenten in der Luftströmung, die
durch die Schaufeln 18 eingeleitet werden, herauszunehmen.
Die Begradigungs- oder Glättungsschaufeln 20 sind
in bevorzugter Weise mit gleichmäßigem Abstand
um den Umfang der Schaufeln 18 herum angeordnet.
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Wie
in 2 und 5 dargestellt ist, tritt Luft
in die Vorrichtung 10, wie durch die Pfeile A dargestellt
ist, mit Hilfe der Einlaßanordnung
ein, die im ganzen mit 22 bezeichnet ist. Die Einlaßanordnung 22 weist
zwei Einlaßkammern 24, 26 auf,
die zur umgebenden Luft hin offen sind. Luft tritt in die Vorrichtung 10 über diese
Kammern 24, 26 ein. Jede Kammer 24, 26 ist
in bevorzugter Weise mit einem Filter 23, 25 versehen,
um Fremdpartikel aus der Luft zu entfernen. Die Filter 23, 25 können aus
einem Stahlgitter hergestellt sein, welches mit darin verteilt angeordnetem
Stahlfiltermaterial angeordnet ist, so daß auf diese Weise Fremdkörper daran
gehindert werden, durch die rotierenden Gebläseschaufeln 18 in die
Vorrichtung 10 gesaugt zu werden. Wenn Luft in die Einlaßanordnung 22 eintritt,
wird sie durch ein Paar von Führungsflächen 41, 43 radial
einwärts
geführt,
wie am besten in 3 dargestellt ist.
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In
bevorzugter Weise umfaßt
die Einlaßanordnung 22 weiterhin
eine vertikale Wand 30 und eine konvergierende Einlaßdüse 32 auf,
die eine im wesentlichen elliptische Form aufweist. Die Achse der
Einlaßdüse 32 ist
im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Wand 30. Demgemäß wird dann, wenn
der Gebläsemotor 12 in
Betrieb gesetzt wird, so daß auf
diese Weise die Gebläseschaufeln 18 gedreht
werden, eine dreidimensionale Druckverteilung 31 entlang
der Wand 30 erzeugt, durch das Auftreffen der Strömungen A
gegeneinander. Diese Druckverteilung oder Stagnationszone 31 ist
auf einem Abschnitt der Wand 30 zentriert, die der Achse
der konvergierenden Düse 32 und
der Ausgangswelle 14 des Motors entspricht. Die Einlaßkammern 24, 26, die
Wand 30 und die konvergierende Düse 32 wirken so, daß diese
Druckvereilung 31 auf der Mitte der Wand 30 erzeugt
wird, wenn sich die Gebläseschaufeln 18 drehen.
Die Druckverteilung 31, die auf diese Weise erzeugt wird,
trägt dazu
bei, die Luftströmung ausgehend
von einer horizontalen, im wesentlichen radial nach innen gerichteten
Strömung,
die durch die Pfeile A dargestellt ist, in eine im wesentlichen
dreidimensionale, horizontal gerichtete Ausgangsströmung, die
durch die Pfeile B dargestellt ist, und die parallel zu der Ausgangswelle 14 ist,
umzulenken.
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Wie
am besten in 1 und 5 dargestellt
ist, trifft die Luft, wenn sie aus der Einlaßdüse 32 in der horizontalen
Richtung austritt, wie vorstehend beschrieben ist, auf einen Vorsprung 36.
Der Vorsprung 36 stellt einen konvergierenden Abschnitt
bereit, in dem die Luft beschleunigt wird und sich radial nach außen bewegt,
wobei die Luft in Richtung auf die Gebläseschaufeln 18 geführt wird.
Der Luftstrom wird dann durch die rotierenden Gebläseschaufeln 18 in
die Begradigungsschaufeln 20 getrieben, nach denen er in
den Diffusorabschnitt 40 des Gebläses eintritt. Der Vorsprung 36 setzt
sich in den Diffusorabschnitt 40 hinein fort und verjüngt sich
nach innen, um eine Gondel bzw. einen Leitkörper 42 zu bilden. Die
Verjüngung
des Leitkörpers 42 ist
so geformt, um die Menge an Turbulenz zu verringern, die durch die Luft
erzeugt wird, die von der Oberfläche
des Leitkörpers 42 abströmt. Die
allmähliche
Verringerung des Radius des Leitkörpers 42 in der stromab
weisenden Richtung vergrößert die
Querschnittsfläche
des Diffusorabschnitts 40 und der inneren Kammer 15,
so daß dadurch
der Luftstrom, der durch die Pfeile C angedeutet ist, auf eine kontrollierte
Weise verzögert
wird. Selbstverständlich
geht die Abnahme der Geschwindigkeit der Luftströmung mit einem entsprechenden Anstieg
der statischen Energie einher, was von Bedeutung ist, da die Geschwindigkeit
der Luftströmung verringert
werden muß,
um die Möglichkeit
zu schaffen, die Luft auf eine effiziente Weise umzulenken.
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Sobald
die Luftströmung
aus dem Diffusorabschnitt 40 austritt, tritt sie in den Übergangsdiffusor 46 ein.
Der Übergangsdiffusor 46 setzt
die Zunahme der Querschnittsfläche
der inneren Kammer 15 fort, während er die Geometrie der
inneren Kammer 15 ausgehend von der zylindrischen Geometrie, die
durch das Gebläse 16 vorgegeben
ist, in eine bevorzugte rechteckige Geometrie umwandelt. Der Übergangsdiffusor 46 verzögert die
Luftströmung weiterhin
und vergrößert ihre
statische Energie, bevor die Luftströmung in die Schnecke 48 gelenkt
wird.
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In
Abhängigkeit
davon, ob die Schnecke 48 in Form eines Paars von symmetrischen
Kammern, wie in 5 dargestellt ist, gestaltet
ist, oder in Form einer hyperbolischen Spirale, wie in 2 dargestellt ist,
oder nicht, wird der Weg der Luft in der nachfolgend beschriebenen
Weise beeinflußt,
um die Luftströmung
gleichmäßig um den
Umfang 55 der konvergierenden Austrittsdüse 57 herum
zu verteilen.
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Im
Falle der symmetrischen Kammern, wobei auf 5 verwiesen
sei, wird die Luft, die aus dem Übergangsdiffusor 46 austritt,
wie durch die Pfeile D dargestellt ist, im allgemeinen in zwei Luftströmungen aufgeteilt:
Ungefähr
die Hälfte
der Luft tritt in die erste Kammer 50 ein, und die verbleibende Hälfte tritt
in die zweite Kammer 52 ein. Jede Kammer ist so geformt,
daß die
Querschnittsfläche
der Kammer abnimmt, während
sich die Luftströmung
in der stromab weisenden Richtung fortsetzt, so daß dadurch
zu der Verteilung der Luftströmung
auf eine relativ gleichmäßige Weise
um den Umfang 55 der Düse 57 herum
beigetragen wird. Der Eintritt der Luft in die Kammern 50, 52 wird
durch eine Anzahl von drehbaren Schaufeln 54, 56 gelenkt.
Die drehbaren Schaufeln 54, 56 sind in bevorzugter
Weise gekrümmte
Stücke
aus Metallblech und sind im wesentlichen in ihrer Form identisch.
Auf diese Weise wird die Luftströmung,
wenn sie aufgeteilt und in die Kammern 50, 52 umgelenkt
wird, in einer Richtung um die äußeren Wände der
Kammern 50, 52 herum und in Richtung auf den Umfang 55 der
Düse 57 gelenkt. Die
Düse 57 ist
so positioniert, daß sie
oberhalb des Bodens 60 der Schnecke 48 aufgehängt ist,
so daß dadurch
die Möglichkeit
besteht, daß die
Luftströmung
um den Umfang 55 der Düse 57 herum
unter der Bodenfläche 49 der
Düse 57 in
Richtung auf die zentrale Achse 59 der Düse 57 eintritt,
wie durch die Pfeile E dargestellt ist.
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In ähnlicher
Weise wird im Falle der bevorzugten hyperbolischen Spiralform 47,
wobei auf 2 verwiesen sei, die Luftströmung um
die äußere Wand
der Spirale 47 herum gelenkt, die sich spiralförmig um
die zentrale Achse 59 der Düse 57 herum windet.
Da sich die Querschnittsfläche
der Spirale 47 proportional mit der radialen Bewegung um
den äußeren Umfang 55 der
Düse 57 herum
verkleinert, wird die Luftströmung
proportional und gleichmäßig unter
der Bodenfläche 49 der
Düse 57 in
Richtung auf die zentrale Achse 59 der Düse 57 geleitet.
Die verbleibende Luft, soweit vorhanden, bei der Beendigung der
Luftströmung
um die Spirale 47 herum wird so gelenkt, daß sie sich
der ankommenden Luftströmung
in die Schnecke 48 an einem Wiedereintrittspunkt 51 anschließt. Diese
hyperbolische Spiralform 47 für die Schnecke 48 wird
bevorzugt, da die Energieverluste und die Störungen der Luftströmung geringer
sind als die, die bei Verwendung der vorstehend beschriebenen symmetrischen
Kammern 50, 52 angetroffen werden.
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Allerdings
ist es so, daß unabhängig davon, welche
Form einer Schnecke verwendet wird, wenn Luft um den Umfang 55 der
Düse 57 herum
zirkuliert, die untersten Bereiche der Strömung unter der Bodenfläche 49 der
Düse 57 unmittelbar
in die Düse 57 eintreten.
Die oberen Bereiche der Luftströmung
in der Schnecke 48 gehen dann nach unten, um die abgegangene
Luftströmung
zu ersetzen. Die Strömung der
Luft in die Düse 57 hinein,
die durch die Pfeile E dargestellt ist, wird durch eine Anzahl von
Düsenleitschaufeln 53 unterstützt. Die
Düsenleitschaufeln 53 sind
so geformt, daß sie
die Luftströmung
auf einen im wesentlichen radial nach innen gerichteten Weg in Richtung
auf die zentrale Achse 59 der Düse 57 in die Düse 57 hinein
lenken.
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Wenn
die radial nach innen gerichtete Luft in die Düse 57 eintritt, wie
durch die Pfeile E dargestellt ist, treffen die einzelnen Luftströmungen aufeinander, um
eine im wesentlichen konisch geformte Stagnationszone 62 zu
bilden, die sich nach oben ausgehend von dem Boden 60 der
Schnecke erstreckt, ungefähr auf
der zentralen Achse 59 der Düse 57, wie am besten
aus 4 hervorgeht, wobei die Stagnationszone 62 dafür zuständig ist,
daß die
Luft ausgehend von einem im wesentlichen radial einwärts gerichteten Weg
in eine axiale Strömung
umgelenkt wird, senkrecht zu dem Boden 60 der Schnecke 48.
Die Krümmung
der Düse 57 ist
so gewählt,
so daß die
geeignete Stagnationszone 60 in dem unteren Bereich der Düse 57 erzeugt
wird. Sobald die Luft durch die Geometrie des Bodens 60,
der Düse 57 und
der Stagnationszone 62 umgelenkt wird, wird die Luft in
vertikaler Richtung beschleunigt und tritt aus der Oberseite 65 der
Düse 57 aus,
wie durch die Pfeile F dargestellt ist. In bevorzugter Weise hat
die Luft, die aus der Düse 57 austritt,
ein ziemlich gleichförmiges
Geschwindigkeitsprofil mit sehr geringen Verlusten an Geschwindigkeit
in der Nähe
der Ränder
der Strömung.
In höchst
bevorzugter Weise wird die Luftströmung kontrolliert und ist weniger
turbulent, und sie wird auf eine effizientere Weise erzeugt, als
dies bei aus dem Stand der Technik bekannten, vertikal abgebenden
Windkanälen
der Fall ist.