DE102005030884A1

DE102005030884A1 - Spiralgehäuseaustrittseinrichtung

Info

Publication number: DE102005030884A1
Application number: DE102005030884A
Authority: DE
Inventors: Mattias Ittermann; Florent Longatte
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit Wandungen (12, 14, 16, 18), die einen sich im Wesentlichen pyramidenstumpfartig aufweitenden Luftkanal bilden, bei welcher zumindest ein Teilluftstromumlenkmittel (13, 14, 16, 17, 18) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiralgehäuseaustrittseinrichtung, wie sie insbesondere jedoch nicht ausschließlich in Kraftfahrzeugsklimaanlagen zum Einsatz kommt, um eine ein Spiralgehäuse umfassende Gebläseeinheit an die Luftbehandlungs- und Verteilungsaggregate anzuschließen.

In an und für sich üblicher Weise verwendet man in Anbetracht der hohen Anforderungen an Luftgeschwindigkeit, Regelbarkeit und des erforderlichen Luftdurchsatzes häufig axial ansaugende und radial beschleunigende Lüfterräder, die meist in einem sogenannten Spiralgehäuse aufgenommen sind. Solche Spiralgehäuse verfügen in der Regel über eine Austrittsöffnung, die ein im Wesentlichen tangentiales Abströmen der mittels des Lüfterrades beschleunigten Luft ermöglicht.

Eine im KFZ-Bereich praktisch immer angetroffene Problematik besteht darin, dass nur geringer Bauraum zur Verfügung steht, und man regelmäßig sowohl aerothermische Parameter als auch akustische berücksichtigen muss, um einen idealen Komfort der Insassen des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen. In der Regel ist somit der Mündungsbereich des Spiralgehäuse deutlich kleiner als die Fläche, die für ein Luftbehandlungsaggregat zur Beaufschlagung bereitzustellen ist. Aus diesem Grund schaltet man zwischen das Spiralgehäuse und dem eigentlichen Klimaanlagengehäuse ein Spiralgehäuseaustrittseinrichtung zwischen, klassischer Weise eine im Wesentlichen pyramidenstumpfartig ausgebildete Wandungsstruktur, die einen sich entsprechend aufweitenden Luftkanal definieren. Bisherige Bestrebungen zur Bereitstellung solch einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung basieren darauf, möglichst keine Druckverluste entstehen zu lassen und die Ausbildung von Geräuschen in Anbetracht der hohen Luftströmungsgeschwindigkeit zu vermeiden.

Die an der Basis der pyramidenstumpfartigen Wandung vorherrschende Geschwindigkeits- und Druckverteilung zeigt jedoch beachtliche Inhomogenitäten. Wenn man also in diesem Bereich einen Luftfilter anordnet, kann dies zu einer ungleichmäßigen Zusetzung des Filters führen. Bei Anordnung eines Wärmetauschers, z.B. in der Form eines Verdampfers in diesem Bereich, können die Inhomogenitäten ferner zu sogenannten Temperaturnestern führen, da in bestimmten Bereichen eventuell der Luftdurchsatz derart gering ist, dass lokal der gewünschte Wärmeaustausch nicht stattfinden kann.

Um dieser Problematik entgegenzuwirken, wurden verschiedene Versuche unternommen, die jedoch insgesamt ausschließlich in dem Austrittsbereich selbst, z.B. in der Form von Homogenisierungsgittern oder ähnlichen Strukturen bestanden, oder auch in der Adaptation des nachgeschalteten Luftbehandlungsaggregates, z.B. in der Form von Luftfilterelementen oder Wärmetauschern, die an spezifischen Orten einen höheren Druckverlust induzieren als an anderen spezifischen Orten. Eine solche Adaptation ist äußerst komplex, kostspielig und führt in der Regel nicht zu zufrieden stellenden Ergebnissen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit Wandungen, die einen sich im Wesentlichen pyramidenstumpfartig aufweitenden Luftkanal bilden, derart weiterzubilden, dass austrittsseitig bestehende Luftdruck- und/oder Geschwindigkeitsinhomogenitäten reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei bevorzugte Ausführungsformen Gegenstand der abhängigen Ansprüche sind.

Insbesondere schlägt die Erfindung in vollständiger Abkehr zur bisher üblichen Praxis in unmittelbarer Nachschaltung des Gebläses Druck- oder Geschwindigkeitsverteilung verändernde Mittel nicht vorzusehen vor, dass zumindest ein Teilluftstromumlenkmittel vorgesehen ist. In vollständig überraschender Weise hat sich gezeigt, dass eine Teilluftstromumlenkung eine verbesserte Strömungsverteilung austrittsseitig bereitstellen kann, ohne dass es zu nennenswerten Druckverlusten oder Geräuschbildungen kommen würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung das Teilluftstromumlenkmittel mittels einer Wandungsverformung ausgebildet. Anders ausgedrückt wird es ohne dass zusätzliche Werkzeugkosten entstehen, ermög licht, zumindest eine Wandung der pyramidenstumpfartigen Konfiguration entsprechend zu gestalten. Hierbei kann es sich z.B. bei Spritzgussteilen um eine Freiformfläche handeln, wie auch um an der Wandung vorkragende gegebenenfalls angespritzte Luftleitelemente.

Vorteilhafterweise ist das Teilluftstromumlenkmittel im Übergangsbereich zweier Wandungsabschnitte ausgebildet, insbesondere als Umformung eines durch zwei Wandungsabschnitte gebildeten Eckbereiches des im Wesentlichen pyramidenstumpfartig aufweitenden Luftkanals. Bei einer besonders einfachen Konfiguration bildet man somit in Abkehr zum Stand der Technik z.B. die Kanten der pyramidenstumpfartigen Konfiguration nicht mehr geradlinig, sondern vielmehr als gekrümmte Linien aus, insbesondere um eine Lufströmung hin zu den Rand- oder Eckbereichen des austrittsseitigen Mündungsbereiches zu favorisieren.

Das Teilluftstromumlenkmittel kann zumindest eine gewölbte, insbesondere spiralförmige Fläche umfassen. Gewölbte und insbesondere spiralförmige Flächen erlauben eine besonders effektive Umlenkung ohne zu hohe Druckverluste zu induzieren. Die gewölbte oder spiralförmige Fläche sollte besonders bevorzugt im Anströmbereich eine schiefe Ebene für die beaufschlagende Luft, die aus dem Spiralgehäuse austritt, definieren. Die Wölbung selbst bzw. die Spiralkonfiguration wird abhängig sein von den vorherrschenden Strömungscharakteristika und wird bei besonders bevorzugten Ausführungsformen eine gewisse Ähnlichkeit zur Spiralform des Spiralgehäuses zeigen.

Das Teilluftstromumlenkmittel bewirkt besonders vorteilhaft ein Teilluftstromumlenkung aus einer Ebene, dem Spiralgehäuse entsprechend, heraus, insbesondere derart, dass das Spiralgehäuse helixartig fortgesetzt wird. Anders ausgedrückt sollte das Teilluftstromumlenkmittel derart konzipiert sein, dass die Luft im Spiralgehäuse und in der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung zumindest teilweise eine dreidimensionale Helix durchläuft, wodurch man durch die in der Luft beim Austritt aus dem Spiralgehäuse vorherrschenden Verwirbelungen einer vorteilhaften Diffusion der Luft erhalten kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung verläuft das Teilluftstromumlenkmittel in einer Projektion in einer dem Spiralgehäuse entsprechenden Ebene im Wesentlichen stetig differenzierbar bezüglich des Spiralgehäuses. Anders ausgedrückt wird in der Hauptbewegungsrichtung der Luft, wie in dem Spiralgehäuse induziert, im Wesentlichen keine Unstetigkeit entgegengestellt, so dass effektiv Druckverluste und Geräuschbildungen vermieden werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Teilluftstromumlenk- bzw. -führungsmittel zumindest einen zur Basis des Pyramidenstumpfes offenen Kanal definiert. Eine solche Konfiguration kann z.B. mittels Spritzgusstechnik besonders einfach hergestellt werden, da keinerlei Entformungsproblematiken entstehen.

Vorzugsweise sind zumindest zwei Teilluftstromumlenk- oder -führungsmittel vorgesehen. Das Vorsehen von zumindest zweier Teilluftstromumlenkmittel hat sich als besonders vorteilhaft dahingehend erwiesen, dass bei vielen Anwendungen insbesondere die zwei Ecken des Mündungsbereiches am Fuße des Pyramidenstumpfes stärker mit Luft beaufschlagt werden sollten, die sich nahe zu dem Spiralgehäuse selbst befinden.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung symmetrisch mit Bezug zu einer Ebene, dem Spiralgehäuse entsprechend, ausgebildet ist, so dass zumindest die zwei oder mehr Teilluftstromumlenkmittel symmetrisch beiderseits dieser Ebene vorliegen.

Schließlich ist es bevorzugt, dass die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung austrittsseitig zum Anschluss an und/oder zur Aufnahme eines Luftbehandlungsgerätes wie z.B. einem Luftfilter, dem Verdampfer einer Klimaanlage oder auch einem Wärmetauscher beliebiger Art ausgebildet ist.

Zusammenfassend bringt das Bereitstellen einer Teilluftstromumlenkung entgegen dem Präjudiz, Strömungsstörstellen in diesen Bereich vermeiden zu müssen, zu einer vorteilhaften austrittsseitigen Druck- und Strömungsgeschwindigkeitsverteilung, wodurch äußerst kostengünstig der gesamte Wirkungsgrad einer Kraftfahrzeugsheizbelüftungs- und/oder -klimaanlage verbessert werden kann, wobei insbesondere die Ausbildung von Temperaturnestern bzw. von unregelmäßiger Filterzusetzung effektiv vermieden werden kann.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung eine Eintrittsöffnung, eine Austrittsöffnung und zumindest eine sich dazwischen erstreckende Wandung, deren Querschnittsverlauf von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung folgender Bedingung genügt:

wobei

r: ein Ortparameter ist, der zwischen r = 0 für die Eintrittsöffnung und r = 1 für die Austrittsöffnung variiert,
S(r): die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Stelle r ist,
S₀: die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Eintrittsöffnung ist, und
S₁: die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Austrittsöffnung ist.

In einer derart geformten Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nimmt die Geschwindigkeit des durchströmenden Mediums im Idealfall linear von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung ab. Im Gegensatz zur linearen Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung nimmt die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung in Form einer Hyperbel zu. Für die Querschnittsfläche ergibt sich für r = 0 ein Wert von S(r=0) = S₀. Des gleichen ergibt sich für r = 1 der Wert der Querschnittsfläche zu S(r=1) gleich S₁. Aufgrund der linearen Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit können Verwirbelungen und Rezirkulationen in einem erheblichem Maß reduziert werden. Dies wirkt sich günstig auf das Strömungsverhalten der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung aus, da Ladeverluste und Schallquellen verringert werden. Mit einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anleitung zur Gestaltung einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung angegeben, die auf strömungsdynamischen Überlegungen beruht. Durch eine solche Gestaltungsanleitung kann unter Umständen die aufwendige Herstellung von Prototypen zu Testzwecken vermieden oder zumindest stark eingeschränkt werden. Empirische Versuchsreihen, während derer die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung sukzessive hinsichtlich Ladeverluste und Geräuschentwicklung verbessert wurden, bis das Ergebnis akzeptabel war, sind bei einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendig.

In einer weiteren Ausführungsform geht die Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r durch zwei auf der oder den Wandungen befindliche Punkte a(r) und b(r), die folgendermaßen definiert sind: a(r) = (a1 – a0)r + a0, b(r) = (b1 – b0)r + b0,wobei a(r) und b(r) als Bogenlänge jeweils einem von zumindest zwei Splines folgen, die sich entlang der zumindest einen Wandung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung erstrecken, und wobei a₀ bzw. b₀ die Werte von a(r = 0) bzw. b(r = 0) an der Eintrittsöffnung sind, und a₁ bzw. b₁ die Werte von a(r = 1) bzw. b(r = 1) an der Austrittsöffnung sind.

Damit der Ortparameter r mit Bezug auf die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung festgelegt werden kann, wird auf die Bogenlänge von Splines zurückgegriffen. Diese Splines erstrecken sich entlang der Wandung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung. Vorzugsweise verbindet ein Spline den Rand der Eintrittsöffnung auf dem kürzesten Weg entlang der Wandung mit dem Rand der Austrittsöffnung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung. Die Gesamtbogenlänge diese Splines von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung wird anschließend auf das Intervall [0;1] für den Ortparameter r abgebildet. In der Regel ist für jeden unterschiedlichen Spline eine eigene Abbildung vorzusehen. Die Umkehrung der Abbildungen für den Spline a(r) und b(r) ist durch die obigen Formeln angegeben. Es ist jedoch zu beachten, dass die Abbildung der Gesamtbogenlänge auf das Intervall [0;1] lediglich aus Definitionsgründen gemacht wird und jegliche andere zweckmäßig erscheinenden Abbildung oder Normierung verwendet werden könnte. Aufgrund der Tatsache, dass die Gesamtbogenlänge eines jeden der beiden Splines für sich genommen auf r = 1 abgebildet wird, ist sichergestellt, dass durch den Ortparameter r auf jedem der Splines ein Punkt ausgewählt werden kann, deren Abstand, gemessen in Bogenlänge, zu beispielsweise der Eintrittsöffnung im gleichen Verhältnis bezüglich der jeweiligen Gesamtlänge stehen. Eine weitere Möglichkeit der Definition der Position der Querschnittsfläche an der Stelle r mit Bezug auf die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung besteht darin, eine Mittellinie der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung zu definieren und die Querschnittsfläche S(r) durch einen Punkte auf dieser Mittellinie gehen zu lassen, der wiederum aus dem Ortparameter r und der. Gesamtbogenlänge der Mittellinie, gemessen von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung, bestimmt wird. Vorzugsweise verlaufen die beiden Splines im wesentlichen diametral gegenüberstehend bezüglich der Spiralgehäuseaustrittsein richtung. Insbesondere kann einer der beiden Splines an der oberen Seite der Wandung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung verlaufen, während der andere der beiden Splines an der unteren Seite der Wandung verlaufen kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Ebene der Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r orthogonal zu einer Längsschnittebene der Spiralgehäuseeinrichtung ist. Die Längsschnittebene ist üblicherweise orthogonal zu sowohl der Eintritts- als auch der Austrittsöffnung oder zumindest einer von beiden. Die Querschnittsfläche S(r) ist eindeutig definiert durch zwei Punkte a(r) und b(r) auf zwei Splines, die dem Ortparameter r entsprechen, sowie der Bedingung, dass die Querschnittsfläche S(r) orthogonal zur Längsschnittebene ist. Somit kann die Position und die Lage der Querschnittsfläche S(r) auf vorteilhafte Weise festgelegt werden.

In einer weiteren Ausführungsform variiert die Ebene der Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r in ihrer Winkelausrichtung linear, ausgehend von der Winkelausrichtung der Eintrittsöffnung bis zur Winkelausrichtung der Austrittsöffnung. In solchen Konfigurationen, in denen die Eintritts- und die Austrittsöffnung nicht parallel zueinander vorliegen, sondern unter einem Winkel zueinander stehen, kann auf diese Weise erreicht werden, dass die Ebene der Querschnittsfläche S(r) ihre Winkelausrichtung allmählich von jener der Eintrittsöffnung bis hin zu der der Austrittsöffnung ändert. Wiederum wird die Position der Querschnittsflächen S(r) durch die zwei Punkte a(r) und b(r) bestimmt, die sich an einer dem Ortparameter r entsprechenden Stelle auf je einem von zwei Splines entlang der Wandung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung befinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform geht die Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r durch einen auf der oder den Wandungen befindlichen Punkt c(r), der folgendermaßen definiert ist, c(r) = (c1 – c0)r + c0,wobei c(r) als Bogenlänge einem Spline folgt, der sich entlang der zumindest einen Wandung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung erstreckt, und wobei c₀ der Wert von c(r = 0) an der Eintrittsöffnung ist, und c₁ der Wert von c(r = 1) an der Austrittsöffnung ist. Da eine Ebene durch drei Punkte, die nicht alle auf einer Geraden liegen, eindeutig definiert ist, lässt sich die Querschnittsfläche S(r) auch durch die drei Punkte a(r), b(r) und c(r) definieren, die sich auf unterschiedlichen Splines befinden, die sich entlang der Wandung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung erstrecken. Dies stellt somit eine Alternative zu der zuvor beschriebenen Möglichkeit dar, wonach die Querschnittsfläche S(r) durch zwei Punkte und die Ausrichtung definiert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt der Ortparameter r alle reellen Werte im Intervall [0;1] an. Auf diese Weise ist der Ortparameter stetig und somit auch die Stelle der Querschnittsfläche S(r).

Gemäß einer anderen Ausführungsform nimmt der Ortparameter r diskrete Werte im Intervall [0;1] an. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Querschnitt an bestimmten Stellen die oben erwähnte Bedingung erfüllt, ohne dass dies um jeden Preis und zu Lasten der Gestaltungsfreiheit gehen muss. Der Grund kann auch eine einfachere Berechnung sein, insbesonder bei Anwendung von CAD-Programmen oder dergleichen. Solange der Querschnittsverlauf von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung durch einige Stützstellen, an den die Querschnittsbedingung erfüllt sein soll, sichergestellt ist, mag dies bereits ausreichen, um zufrieden stellende Ergebnisse hinsichtlich der Reduzierung von Geräuschentwicklung und Ladeverlusten bewirken.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ergeben sich die Abmessungen des Querschnitts an einer Stelle r aus der errechneten Querschnittsfläche unter Berücksichtigung zumindest eines Formfaktors. Während im Falle von quadratischen oder kreisförmigen Querschnitten die Abmessung des Querschnitts leicht durch die Kantenlänge bzw. den Radius bestimmt werden kann, muss im allgemeinen Fall d. h. rechteckigen, elliptischen oder anderweitigen Formen ein Formfaktor berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass sich die Querschnittsentwicklung gleichmäßig in den beteiligten Abmessungen niederschlägt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform genügt der Schwerpunkt des Querschnitts an einer Stelle r der Bedingung: K(r) = K0(1 – r) wobei

K(r): der Abstand der Schwerpunkts des Querschnitts an der Stelle r von einer Bezugsebene ist, die sich senkrecht erstreckt zu der Austrittsöffnung sowie zu einer eine Mittellinie der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung enthaltene Ebene, und die die Austrittsöffnung und die Mittellinie am selben Punkt schneidet, und
K₀: der Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Schwerpunkt des Querschnitts an der Eintrittsöffnung ist.

Für den Fall, dass die Austrittsöffnung und die Eintrittsöffnung seitlich zueinander versetzt sind, muss dafür gesorgt werden, dass sich der Schwerpunkt des Querschnitts ebenfalls, stetig im vorliegendem Fall linear vom Schwerpunkt der Eintrittsöffnung bis hin zum Schwerpunkt der Austrittsöffnung versetzt, um einen abrupten Sprung zu vermeiden. In vorliegendem Fall wird der Schwerpunkt der Austrittsöffnung als Bezugspunkt genommen, von dem der Schwerpunkt der Eintrittsöffnung um K₀ abweicht. Wie aus der Formel ersichtlich, nimmt der Abstand K(r) für r = 0 den Wert K₀ an. Denn für r = 1 nimmt K(r) den Wert 0 an. Die Definition des Schwerpunkts der Querschnittsfläche kann auf vielfältige Weise geschehen, beispielsweise durch den Schwerpunkt des umschreibenden Rechtecks oder der umschreibenden Ellipse oder auch durch Integration über die Fläche gemäß der Schwerpunktformel für zweidimensionale Flächen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt rechteckig. Die Abmessungen des Querschnitts sind die Breite Y(r) und die Höhe d(r). Der Formfaktor ist das Verhältnis d(r)/Y(r). Mit Hilfe des Wertes der Querschnittsfläche S(r) und dem Formfaktor lassen sich die Abmessungen des rechteckigen Querschnitts, d. h. die Breite Y(r) und die Höhe d(r) auf einfache Weise bestimmen. Der Formfaktor kann entweder konstant sein für jeden Wert von r oder eine Funktion von r sein. Letzteres bietet sich an, wenn die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung unterschiedliche Formfaktoren haben, so dass ein allmählicher Übergang gewünscht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt elliptisch. Die Abmessungen des Querschnitts sind die große Halbachse E₁(r) und die kleine Halbachse E₂(r). Der Formfaktor ist das Verhältnis E₁(r)/E₂(r). Die Kenntnis des Wertes des Querschnittsfläche S(r) sowie des Formfaktors erlaubt es, die große Halbachse E₁(r) und die kleine Halbachse E₂(r) zu bestimmen.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner deutlich aus der folgenden Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist als nicht einschränkend und lediglich beispielhaft zu erachten und erfolgt unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen gilt:
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit zugeordnetem Spiralgehäuse und zugeordneter austrittsseitiger Luftbehandlungseinrichtung.
2 zeigt die Ausführungsform von 1 in Seitenansicht.
3 zeigt die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform in entsprechender Konfiguration in einer Aufsicht.
4 zeigt eine alternative Anwendung.
5 zeigt eine weitere alternative Anwendung, bei der die erfindungsgemäße Spiralgehäuseaustrittseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform hin zu einer Filtereinrichtung mündet.
6 zeigt eine Perspektivansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Ort-Strömungsgeschwindigkeits-Diagramm, welches die gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ideale Geschwindigkeitsentwicklung in der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung zeigt.
10 zeigt eine Draufsicht einer Variante der alternativen bevorzugten Ausführungsform, in welcher die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung und die Austrittsöffnung in einem Winkel zueinander stehen.
In 1 ist das Spiralgehäuse 1 eines Radiallüfters dargestellt, wobei die Rotationsbewegung eines darin befindlichen Lüfterrades durch einen gekrümmten Pfeil angedeutet ist. Die Luftbeschleunigung ist ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet. Austrittsseitig des Spiralgehäuses ist eine Spiralgehäuseaustrittseinrichtung als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beim Bezugszeichen 10 angedeutet, welche in einer Einrichtung 20 mündet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel z.B. der Verdampfer einer Heizklimaanlage oder auch ein beliebiger anderer Wärmetauscher sein kann.
Wie deutlich zu erkennen, bildet die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung eine trichterförmige Konfiguration aus, im Wesentlichen einen pyramidenstumpfartigen Luftkanal ausbildend. Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, dass im Gegensatz zu der bisherigen Technik zumindest eine Teilluftstromumlenkanordnung ausgebildet ist, die dazu führt, dass ein Teil der Luft entsprechend der Darstellung und dem gekrümmten Pfeil auf dem Niveau der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 angedeutet, nach außen oben umgelenkt wird, so dass ein Teil der Luft unterstützt zu Bereichen geführt wird, die ohne das Vorhandensein einer solchen Teilluftstromumlenkeinrichtung ein niedriges Druckniveau bzw. eine geringe Durchströmungsgeschwindigkeit zeigen würden.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 der hier dargestellten Ausführungsform in Seitenansicht im Wesentlichen drei Flächenabschnitte 12, 14, 16, wobei die Teilluftstromumlenkung maßgeblich durch den Flächenabschnitt 14 bedingt ist. Die Wandung 16 führt, wie später erläutert wird, auch zu einer Aufspreizung des Luftstroms. Wie deutlich aus der Zusammenschau der 1 und 2 zu erkennen, ist der Flächenabschnitt 12 stufenlos, so dass hier keinerlei Geräuschbildung auftreten kann. Der Flächenabschnitt 12 schließt sich an den Flächenabschnitt 14 mittels eine Grates 13 an, der wie dargestellt in seitlicher Projektionsansicht stetig differenzierbar den Verlauf der Spirale des Spiralgehäuses fortführt. Entsprechendes gilt für den Grat 15, der zwischen den Flächenabschnitten 14 und 16 ausgebildet wird, während der Grat 17, welcher zwischen den Flächenabschnitten 16 und 18 vorliegt, ebenfalls stetig differenzierbar das Spiralgehäuse fortführt, jedoch bei entgegengesetzter Krümmung.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung der hier dargestellten Ausführungsform ergibt sich besonders deutlich aus der Darstellung von 3, die die Ausführungsform der 1 und 2 in einer Aufsicht wiedergibt. Deutlich zu erkennen ist wiederum das Spiralgehäuse 1, an dem sich die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 anschließt. Wie deutlich zu erkennen, bewirkt die Ausbildung in die Flächenabschnitte 12, 14, 16 und 18 mit den jeweils zwischengelagerten Graten 13, 15, 17, dass ein Teil der Luft unmittelbar spiral- bzw. helixförmig nach oben umgelenkt wird, um die jeweils oben rechts und links befindlichen Eckbereiche ausreichend mit Luft versorgen zu können. Die Ausbildung des Grates 17 als Übergangsbereich zwischen den Flächenabschnitten 16 und 18 als gekrümmte Linie wirkt ferner zu einer Aufspreizung des Luftstromes, wie durch die zwei Pfeile im unteren Abschnitt angedeutet.
Wie es in 4 dargestellt ist, kann eine erfindungsgemäße Spiralgehäuseaustrittseinrichtung auch praktisch seitlich angeströmt werden, indem das Spiralgehäuse des Gebläses nicht wie bei der vorangehenden beschriebenen Ausführungsform schräg in die pyramidenartige Struktur geführt wird, sondern exakt horizontal. Der Fachmann wird erkennen, dass das Vorhandensein von entsprechenden Umlenkwandungsabschnitten wiederum zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Strömungscharakteristika bezüglich Druck und Strömungsgeschwindigkeit führt. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform wird mit der erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung unmittelbar ein Verdampfer einer Heizklimaanlage beschickt, wobei durch die erfindungsgemäße Verteilung die Ausbildung von Temperaturnestern effektiv verhindert werden kann.
5 zeigt schließlich noch eine spezifische Anwendungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Spiralgehäuseaustrittseinrichtung, zwischengelagert zwischen dem Spiralgehäuse und einer Luftfilteranordnung, die dann wiederum mittels eines Luftkanal bildenden Gehäuses 30 an ein Luftbehandlungsaggregat angeschlossen ist.
In 6 ist eine Spiralgehäuseaustrittseinrichtung gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform in einer Perspektivansicht gezeigt. Außer der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 ist das Spiralgehäuse 1 eines Radiallüfters sowie eine der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nachgeschaltete Einrichtung 20 gezeigt. In der dargestellten alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung so gestaltet, dass Ver wirbelungen und Rezirkulationen, die zu Geräuschentwicklung und Ladeverlusten führen können, möglichst minimiert werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Querschnitt von der Eintrittsöffnung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung bis zur Austrittsöffnung der selben auf eine Art und Weise zunimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Inneren der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung im wesentlichen linear abnimmt. Zur besseren Veranschaulichung der Entwicklung des Querschnitts von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung ist in einer Symmetrieebene der Anordnung die Kontur der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung i gestrichelten Linien angedeutet. Ebenfalls in gestrichelten Linien sind einige in dieser Symmetrieebene verlaufende Schnittebenen angedeutet. Schließlich ist eine Mittellinie 19 der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 ebenfalls als gestrichelte Linie dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit und durchströmten Querschnitt ergibt sich aus der Kontinuitätsgleichung für inkompressible Strömungen, wovon in Folgenden zwecks einfacherer Darstellung ausgegangen werden soll. Die Kontinuitätsgleichung lautet A₁v₁ = A₂v₂, wobei A₁ und A₂ die durchströmten Querschnittsflächen sind und v₁ und v₂ die Strömungsgeschwindigkeit durch die jeweilige Querschnittsfläche sind. Da das Produkt A_iv_i für jede Stelle der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung konstant ist, verhalten sich Strömungsgeschwindigkeit und Querschnittsfläche reziprok zueinander. Somit lässt sich durch geschickte Gestaltung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung ein Querschnittsverlauf von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung erzielen, der einen bestimmten Geschwindigkeitsverlauf erzeugt. Bei Lüftungs-, Heiz- oder Klimaanlagen, die ein Gebläse, wie einen Radiallüfter zur Beaufschlagung von Luftmassen verwenden, muss in der Regel dafür gesorgt werden, dass der durch das Gebläse erzeugte dynamische Druck in statischen Druck umgewandelt werden kann. Insbesondere wenn als nachgeschaltete Aggregate beispielsweise Wärmetauscher oder dergleichen verwendet werden, ist es vorteilhaft, diese mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten zu betreiben, um einerseits die Wärmetauschwirkung zu verbessern und andererseits eine mögliche Geräuschentwicklung zu vermeiden. Gebläse hingegen müssen aus Platzgründen meist relativ klein gehalten werden, so dass diese, sofern sie eine gewisse Fördermenge haben sollen, an ihrer Austrittsöffnung eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit erzeugen. Somit ist es die Aufgabe der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung, die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren, und zwar innerhalb einer möglichst kurzen Wegstrecke. Damit geht eine Umwandlung von kinetischer Energie in statische Energie einher, was durch die Formel von Bernoulli ausgedrückt wird: ρv2 + p + ρgh = const, wobei p der statische Druck, ρ die Dichte des Strömungsmediums ist, v die Strömungsgeschwindigkeit, g die Erdbeschleunigung und h der Höhenunterschied zu einer Bezugshöhe ist. Eine derartige Umwandlung der kinetischen Energie einer Strömung in statische Energie ist jedoch nur schwer zu erreichen. In der Literatur wird ein Aufweitungswinkel von lediglich 7° angegeben, was nur schwer mit einer vernünftigen Baugröße einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung bzw. eines Diffusors zu vereinbaren ist.
7 zeigt die aus Spiralgehäuse 1, Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 und nachgeschalteter Einrichtung 20 bestehende Anordnung in einer Längsschnittansicht, die gemäß einer Symmetrieebene der Anordnung vorgenommen wurde. Insbesondere entspricht der in 7 dargestellte Längsschnitt der in 6 in gestrichelten Linien dargestellten Kontur der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung. Die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung 10 weist Querschnitte S_i bis S_v auf. Wie in 7 zu erkennen, nehmen die Abmessungen der Querschnitte S_i bis S_v von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung zu. Die Mittellinie 19 erstreckt sich beispielsweise vom Mittelpunkt der Eintrittsöffnung bis zum Mittelpunkt der Austrittsöffnung. Sie kann durch einen Spline definiert werden, der an der Eintritts- bzw. Austrittsöffnung die vorherrschende Strömungsrichtung als Richtungsbedingung in Betracht zieht. Zur besseren Orientierung ist ein Koordinatensystem dargestellt, dass für die gezeigte Längsschnittansicht die Achse X und Z zeigt. Die darin ebenfalls dargestellten Richtungen t und n bezeichnen die tangentiale bzw. normale Richtung bezüglich der Ebene der Austrittsöffnung.
8 zeigt eine Schemaansicht einer Spiralgehäuseaustrittseinrichtung. Die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung ist in 8 mit elliptischem Querschnitt dargestellt, wobei sie jedoch auch einen anderen Querschnitt haben könnte. Die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung umfasst eine Eintrittsöffnung mit einem Querschnitt S₀ und einer Austrittsöffnung mit einem Querschnitt S₁. Die Größe S(r) bezeichnet einen Querschnitt der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an einer Stelle, die von einem Ortparameter r bezeichnet wird. Mit a(r) wird ein Punkt auf einem oberen Spline der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung bezeichnet, der ebenfalls vom Ortparameter r abhängt. Der genannte Spline beginnt an einer Stelle, die mit a₀ bezeichnet ist, und endet an einer Stelle, die mit a₁ bezeichnet ist. In analoger Weise bezeichnet b(r) einen Punkt auf einem unteren Spline der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung, der der an einer Stelle b₀ beginnt und an einer Stelle b, endet. Schließlich bezeichnet c(r) einen Punkt auf einem dritten Spline der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung, der zwischen c₀ und c₁ verläuft. Im folgenden bezeichne a(r), b(r) und c(r) sowohl einen Punkt auf dem jeweiligen Spline als auch den Spli ne selber. Alle drei Splines a(r), b(r) und c(r) verlaufen entlang der Wandung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung. Die Splines verbinden den Rand der Eintrittsöffnung auf dem kürzesten Wege mit dem Rand der Austrittsöffnung. Des weiteren haben sie an der Eintrittsöffnung die gleiche Richtung wie das Spiralgehäuse an dem entsprechenden Punkt am Rand der Eintrittsöffnung, so dass ein glatter Übergang gewährleistet wird. Dies gilt auch für den Übergang von einem Spline zur nachgeschalteten Einrichtung 20. An dem Punkt, an dem der Spline den Rand der Austrittsöffnung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung trifft, erfüllt er die Bedingung eines glatten Übergangs d. h. seine Richtung entspricht in diesem Punkt der der Wandung der nachgeschalteten Einrichtung 20. Der Ortparameter r dient dazu, eine Querschnittsfläche S(r) definieren zu können durch Punkte, die auf den Splines a(r), b(r) und c(r) liegen. Hierbei gibt es im wesentlichen drei Möglichkeiten:

– S(r) wird definiert durch einen Punkt, der auf einem der drei Splines liegt, und durch eine Normalenrichtung der Querschnittsflächen, die beispielsweise durch eine Abschätzung der überwiegenden Strömungsrichtung an dieser Stelle bestimmt werden kann,
– durch zwei Punkte, die auf zwei unterschiedlichen Splines liegen, sowie eine Ebene, zu der die Querschnittsfläche orthogonal sein soll,
– durch Angabe von drei Punkten, die auf drei unterschiedlichen Splines liegen.

Der Ortparameter r dient dazu auf jedem Spline einen Punkte auswählen zu können, so dass unabhängig von der Bogenlänge eines jeden Splines eine eindeutige Zuordnung möglich ist. Zu diesem Zweck nimmt der Ortparameter r beliebige Werte im Intervall [0;1] an. Um nun einen Punkt auswählen zu können, der beispielsweise auf dem Spline a(r) liegt, wird der Ortparameter r mit dem Abstand zwischen dem Anfangspunkt a₀ und dem Endpunkt a₁, welcher in Bogenlänge gemessen wird, skaliert. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zwei auf zwei unterschiedlichen Splines liegende Punkte mit ansteigendem Ortparameter r in gleichgeschalteter Weise bezüglich Ihrer jeweiligen Gesamtbogenlängen voranschreiten. Wenn die so bestimmten Punkte zur Definition einer Querschnittsfläche herangezogen werden, so hat dies den Vorteil, dass keine aufwändige Strömungsanalyse z.B. mittels einer Finiten Elemente Methode notwendig ist, um Querschnittsflächen zu erhalten. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung auch bei Anwendung von derartigen rechnergestützten oder ähnlichen analytischen Methoden von Nutzen.
9 zeigt ein Diagramm, in dem die Entwicklung der Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Ortparameter r abgebildet ist. Die Strömungsgeschwindigkeit ist hierbei als dimensionslose Größe dargestellt, skaliert auf die Strömungsgeschwindigkeit an der Eintrittsöffnung V₀. Die Strömungsgeschwindigkeit an der Austrittsöffnung ist mit V₁ bezeichnet. Die lineare Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit von V_r=0/V₀ = 1 bis hin zu V_r=1/V₀ = V₁/V₀ stellt hierbei die angestrebte Geschwindigkeitsverteilung in der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung dar. Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung reicht es aus, diese ideale Geschwindigkeitsentwicklung anzunähern. Nahe der Eintrittsöffnung sollte die tatsächliche Geschwindigkeit eher oberhalb der idealen linearen Geschwindigkeitsabnahme liegen als darunter, da in dieser Zone die Geschwindigkeit noch hoch ist und somit besonders anfällig für Verwirbelungen und Rezirkulationen. Daher sollte in diesem Bereich eine behutsame Geschwindigkeitsabnahme vorgesehen werden. Sobald die Geschwindigkeit auf dem ersten Abschnitt abgenommen hat, kann auf den verbleibenden Abschnitt bis hin zur Austrittsöffnung eine stärkere Geschwindigkeitsabnahme vorgesehen werden.
10 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung eines Spiralgehäuses 1 und einer nachgeschalteten Einrichtung 20, wie zum Beispiel einem Verdampfer einer Heizklimaanlage. In dieser Darstellung ist die Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nicht dargestellt. Das Spiralgehäuse 1 und die Einrichtung 20 stehen in dieser Darstellung zusätzlich in einem Winkel zueinander bezüglich der Symmetrieebene Y = 0. Diese Verdrehung des Spiralgehäuses 1 bezüglich der Einrichtung 20 kann zusätzlich zu der in 7 gezeigten Ausrichtung der Eintrittsöffnung bezüglich der Austrittsöffnung der Spiralegehäuseaustrittseinrichtung vorgesehen sein. Die Bezugszeichen S₀, S_i bis S_n und S₁ beziehen sich auf die Querschnittsebenen, die zur Definition des Querschnittsverlaufs der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung herangezogen werden. Hierbei bezeichnet S₀ die Querschnittsebene an der Eintrittsöffnung und S₁ die Querschnittsebene an der Austrittsöffnung der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung. Der Winkel jeder Querschnittsfläche wird nun anhand von dem Gesamtwinkel α berechnet, so dass eine lineare Entwicklung des Winkels von der Eintrittsöffnung bis hin zur Austrittsöffnung bereitgestellt wird. Insbesondere errechnet sich der Winkel jeder Querschnittsfläche zur Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung durch die folgende Formel:
wobei r = 0 für die Eintrittsöffnung ist und r = 1 für die Austrittsöffnung ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, dass verschiedenste Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind, ohne vom erfindungsgemäßen Konzept abzuweichen. Insbesondere sollte der Fachmann erkennen, dass sowohl in der bevorzugten Ausführungsform die Teilluftstromumlenkmittel durch flächenmäßige Gestaltung selbst bereitgestellt sind, diese Luftumlenkfunktion unterstützen oder alternativ bereit gestellt werden kann durch Ausbilden entsprechender in den Innenraum ragender Lamellen oder Rippen. Wesentlich ist letztendlich, dass eine Umlenkung für einen Teilluftstrom bereitgestellt wird, unter Beibehaltung ähnlicher Geometrien zu dem Spiralgehäuse selbst. Auch hinsichtlich der alternativen Ausführungsform sind Varianten denkbar. Beispielsweise kann anstelle einer linearen Abnahme der Strömungsgeschwindikeit eine quadratische Abnahme der Geschwindigkeit oder eine Abnahme gemäß einer beliebigen anderen Funktionsvorschrift vorgesehen sein. Auch eine Kombination von Teilluftstromumlenkmitteln mit einem Querschnittsverlauf gemäß der alternativen bevorzugten Ausführungsform ist denkbar.

Claims

Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit Wandungen (12, 14, 16, 18), die einen sich im Wesentlichen pyramidenstumpfartig aufweitenden Luftkanal bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilluftstromumlenkmittel (13, 14, 16, 17, 18) vorgesehen ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel (13, 14, 15, 16, 17, 18) mittels einer Wandungsverformung ausgebildet ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel (13, 14, 15, 16, 17, 18) im Übergangsbereich zweier Wandungsabschnitte ausgebildet ist, insbesondere als Umformung eines durch zwei Wandungsabschnitte gebildeten Eckbereiches des sich im Wesentlichen pyramidenstumpfartig aufweitenden Luftkanals.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel (12, 14, 16, 18) zumindest eine gewölbte, insbesondere spiralförmige Fläche umfasst.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel (13, 14, 15, 16, 17, 18) eine Teilluftstromumlenkung aus einer dem Spiralgehäuse entsprechenden Ebene heraus bewirkt, insbesondere das Spiralgehäuse helixartig fortsetzend.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel in einer Projektion in eine dem Spi ralgehäuse entsprechenden Ebene das Spiralgehäuse im Wesentlichen stetig differenzierbar fortführt.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilluftstromumlenkmittel zumindest einen zur Basis des Pyramidenstumpfes offenen Kanal definiert.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Teilluftstromumlenkmittel vorgesehen sind.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Teilluftstromumlenkmittel mit Bezug zu einer Ebene, dem Spiralgehäuse entsprechend im Wesentlichen symmetrisch vorliegen.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie austrittsseitig zum Anschluss an und/oder zur Aufnahme von einem Luftbehandlungsaggregat ausgebildet ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung mit einer Eintrittsöffnung, einer Austrittsöffnung und zumindest einer sich dazwischen erstreckenden Wandung, deren Querschnittsverlauf von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung folgender Bedingung genügt:
wobei r ein Ortparameter ist, der zwischen r=0 für die Eintrittsöffnung und r=1 für die Austrittsöffnung variiert, S(r) die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Stelle r ist, S₀ die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Eintrittsöffnung ist, und S₁ die Querschnittsfläche der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung an der Austrittsöffnung ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 11, wobei die Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r durch zwei auf der oder den Wandungen befindliche Punkte a(r) und b(r) geht, die folgendermaßen definiert sind: a(r) = (a1 – a0)r + a0, b(r) = (b1 – b0)r + b0,wobei a(r) und b(r) als Bogenlänge jeweils einem von zumindest zwei Splines folgen, die sich entlang der zumindest einen Wandung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung erstrecken, und wobei a₀ bzw. b₀ die Werte von a(r=0) bzw. b(r=0) an der Eintrittsöffnung sind, und a₁ bzw. b₁ die Werte von a(r=1) bzw. b(r=1) an der Austrittsöffnung sind.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ebene der Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r orthogonal zu einer Längsschnittebene der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ebene der Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r in ihrer Winkelausrichtung linear variiert, ausgehend von der Winkelausrichtung der Eintrittsöffnung bis zur Winkelausrichtung der Austrittsöffnung.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Querschnittsfläche S(r) an der Stelle r durch einen auf der oder den Wandungen befindlichen Punkt c(r) geht, der folgendermaßen definiert ist: c(r) = (c1 – c0)r + c0,wobei c(r) als Bogenlänge einem Spline folgt, der sich entlang der zumindest einen Wandung von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung erstreckt, und wobei c₀ der Wert von c(r=0) an der Eintrittsöffnung ist, und c₁ der Wert von c(r=1) an der Austrittsöffnung ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Ortparameter r alle reellen Werte im Intervall [0; 1] annimmt.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Ortparameter r diskrete Werte im Intervall [0; 1] annimmt.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Abmessungen des Querschnitts an einer Stelle r sich aus der errechneten Querschnittsfläche unter Berücksichtigung zumindest eines Formfaktors ergeben.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Schwerpunkt des Querschnitts an einer Stelle r der Bedingung genügt: K(r) = K0(1–r),wobei K(r) der Abstand des Schwerpunkts des Querschnitts an der Stelle r von einer Bezugsebene ist, die sich senkrecht erstreckt zu der Austrittsöffnung sowie zu einer eine Mittellinie der Spiralgehäuseaustrittseinrichtung enthaltene Ebene, und die die Austrittsöffnung und die Mittellinie am selben Punkt schneidet, und K₀ der Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Schwerpunkt des Querschnitts an der Eintrittsöffnung ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei der Querschnitt rechteckig ist, die Abmessungen des Querschnitts die Breite Y(r) und die Höhe d(r) sind und der Formfaktor das Verhältnis d(r)/Y(r) ist.
Spiralgehäuseaustrittseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei der Querschnitt elliptisch ist, die Abmessungen des Querschnitts die große Halbachse E₁(r) und die kleine Halbachse E₂(r) sind und der Formfaktor das Verhältnis E₁(r)/E₂(r) ist.