DE2331614A1

DE2331614A1 - Seitenkanal-geblaese

Info

Publication number: DE2331614A1
Application number: DE2331614A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Atago; Tadahisa Masai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2331614B2; JPS4921705A; US3849024A

Description

Patentanwälte Olpl.-Ing. R. !:-ETZ «MT». Dtpl-inji. K. !..ΑΜίΊ'ίΞΟΗΤ

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81-20.919P(2O.92OH) 20. 6. 1973

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Seitenkanal-Gebläse

Die Erfindung betrifft ein Seitenkanal-Gebläse, und zwar insbesondere die Bauart des Ständers eines solchen Gebläses.

Im allgemeinen hat ein Seitenkanal-Gebläse einen Ständer und einen Läufer, die so angeordnet sind, daß ihre zur Achse der Läuferdrehung senkrechten Flächen einander zugewandt und dicht beieinander, sind, und die halbkreisförmig profilierten Seitenkanäle sind in diesen einander zugekehrten Seiten so vorgesehen, daß diese beiden Seitenkanäle nach dem Zusammenbau von Ständer und Läufer einen ringförmig

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um die Achse der Läuferdrehung angeordneten Kanal von wesentlich kreisförmigem Querschnitt bilden. Im Ringkanal des Läufers sind eine größere Anzahl Schaufeln so angeordnet, daß sie im Ringkanal Trennwände bilden. Im entsprechenden Ringkanal des Ständers sind die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung in passendem Abstand voneinander sowie eine Sperrwand, welche den Ringkanal zwischen den beiden Öffnungen absperrt, angeordnet. So wird, wenn der Läufer gedreht wird, in dem vom Läufer und vom Ständer gebildeten Ringkanal von wesentlich kreisförmigem Querschnitt eine Wirbelströmung erzeugt, wobei Luft von der Einlaßöffnung zugeführt und durch die Auslaßöffnung abgeführt wird.

Ein Seitenkanal-Gebläse hat im allgemeinen dreimal bis viermal höheren Förderdruck als andere Gebläsebauarten und läßt sich relativ billig herstellen. Solche Gebläse werden daher allgemein zum Kühlen elektronischer Computer, zum Absaugen von Garn in Spannmaschinen in Textilfabriken und zu anderen Zwecken verwendet. Jedoch hat solches Seitenkanal-Gebläse sehr niedrigen Wirkungsgrad. Dieser

B (P - P) χ Q

M„ =

B 60 Lin '

2 worin g die Erdbeschleunigung (in m/sec ), P den Austrittsdruck (in mm Wassersäule), P den Ansaugdruck (in mm Wassersäule),

^S 3
Q die Durchsatzmenge (in m /min) und Lin die Stromaufnahme (in Watt) bedeuten und der größte mögliche Gebläsewirkurigsgrad etwa 30 bis 40 % ist. Dieser Höchstwert des Gebläsewirkungsgrades liegt

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im Bereich niedrigen Drucks und großer Durchsatzmenge. der Gebläsewirkungsgrad nimmt mit steigendem Auslaßdruck fast geradlinig ab. In der Tat wird solches Gebläse in Geräten verwendet, die hohen Druck und niedrige Durchsatzmenge haben müssen, und in der Praxis werden solche Seitenkanal-Gebläse mit Wirkungsgraden von etwa 10 % benutzt. Es fällt also der Verwendungsbereich von Seitenkanal-Gebläsen nicht mit dem Bereich ihres besten Wirkungsgrades zusammen. Die Abnahme des Gebläse-Wirkungsgrades bei Erhöhung des Förderdruckes ist auf die Erscheinung zurückzuführen, daß das von der Einlaßöffnung eingeströmte Gas im Ringkanal des Ständers, d. h. in der Luftkammer, zum Teil rückwärts fließt, während es doch zur Auslaßöffnung hinausgefördert werden sollte.

Das von der Einlaßöffnung eingesaugte Gas fließt in der Luftkammer zur Auslaßöffnung in wirbelnder Bewegung. Dabei ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zur Auslaßöffnung hin nahe dem Außenrand der Luftkammer größer als nahe dem Innenrand. Aber die Strömungsgeschwindigkeit nimmt vom Außenrand zum Innenrand nicht geradlinig ab. die niedrigste Strömungsgeschwindigkeit findet sich nahe der Mitte des Gaswirbels (nahe der Mitte zwischen dem Außenrand und dem Innenrand der Luftkammer). Dies kommt daher, daß der Luftdruck in der Mitte des Wirbels gering ist und in der Luftkammer der Druck in dem Maße, wie sich das Gas der Auslaßöffnung nähert, zunimmt mit dem Ergebnis, daß die von der Auslaßöffnung zur Einlaßöffnung gerichtete Kraft das Gas in der Mitte des Wirbels zur Einlaßseite hin zurückdrückt, wobei diese Wirkung in der Mitte des Wirbels am stärksten ist. So strömt das Gas in der Luftkammer, obwohl es in den den beiden Enden

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des Wirbels nahen Bereichen des Kanalquerschnitts in der Richtung der Läuferdrehung fließt, in der Wirbelmitte in umgekehrter Richtung, so daß es im Ergebnis nur hin und her, nämlich zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung hin- und herfließt. Dies ist die Ursache für die diesen Seitenkanal-Gebläsen eigentümlichen Mängel, daß der Punkt besten Gebläse-Wirkungsgrades sich nicht zur Seite höheren Drukkes hin verschieben läßt, ferner daß der Bereich bester Verwendbarkeit der Seitenkanal-Gebläse nicht mit dem Bereich besten Gebläse-Wirkungsgrades zusammenfällt und daß der Auslaßdruck sich nicht befriedigend steigern läßt.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Seitenkanal-Gebläse zu schaffen, bei dem der Punkt besten Gebläse-Wirkungsgrades sich zum Bereich höheren Druckes hin verschieben läßt, so daß der . Punkt besten Gebläse-Wirkungsgrades innerhalb des besten Verwendbarkeitsbereiches der Seitenkanal-Gebläse zu liegen kommt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Seitenkanal-Gebläse der angegebenen Art zu schaffen, das sich auch durch erhöhten Auslaßdruck auszeichnet.

Als wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist anzusehen, daß in einer Luftkammer, die im Ständer des Seitenkanal-Gebläses als Ringkanal halbkreisförmigen Querschnitts mit einer Einlaßöffnung am einen Ende und einer Auslaßöffnung am anderen Ende ausgebildet ist, Trennwände vorgesehen sind, welche den sonst entstehenden Rückfluß des Gases in Richtung vom Auslaßende zum Einlaßende verhindern.

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Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Seitenkanal-Gebläses im Schnitt,

Fig. 2 dieselbe im Schnitt entlang der Linie II—II der Fig. 1, Fig. 3 dieselbe im Schnitt entlang der Linie IH-III der Fig. 1,

Fig. 4 den Läufer und den Ständer dieser ersten Ausführungsform in Schrägbildern,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einem Teilschnitt, der die Hauptteile des Läufers und des Ständers erkennen läßt,

Fig. 6 eine bisher übliche, bekannte Bauart in einem Teilschnitt durch den Läufer und durch den Ständer,

Fig. 7 dieselbe bekannte Bauart in Ansicht des Ständers.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Seitenkanal-Gebläse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Gebläse und ein Elektromotor zu einem einheitlichen Ganzen zusammengefügt. In dieser Abbildung bezeichnet die Bezugsziffer 1 den Läufer, dieser ist mit einem Ringkanal halbkreisförmigen Querschnitts versehen, in welchem eine Anzahl von Läuferschaufeln 2 angeordnet sind. Diese Läuferschau-

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fein sind in radialer Richtung und in gleichen Zwischenräumen angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Der Läufer ist vorzugsweise durch Druckguß oder Spritzguß hergestellt. Der Läufer ist von einem Läufermantel 3 umgeben, der durch Tiefziehen oder sonstwie hergestellt sein kann. Mit 4 ist ein Läufermotor bezeichnet, er sitzt auf einer Welle 5 und ist auf dieser durch eine Mutter 6 und eine Unterlegscheibe 7 befestigt. Vor dem Läufer und in geeignetem Abstand von ihm ist ein Ständer 8 angeordnet. Die Welle 5 ist drehbar in Wälzlagern 14 gehalten, die im Ständer 8 vorgesehen sind. Der Ständer 8 ist ebenfalls mit einer Ringkammer von halbkreisförmigem Querschnitt, ähnlich dem Ring kanal des Läufers 1, versehen. In diesem Ringkanal sind eine Einlaßöffnung 9 und eine Auslaßöffnung 10 in Abstand voneinander und mit einer dazwischen befindlichen Sperrwand 11 einerseits und einer zwischen den Öffnungen 9 und 10 auf der anderen Seite befindlichen Luftkammer 12 angeordnet. In dieser Luftkammer 12 befinden sich eine Anzahl Ständerschaufeln 13, die den Innenraum dieser Luftkammer 12 unterteilen, wie in Fig. 13 dargestellt. Die Ständerschaufeln sind im wesentlichen längs der spiraligen Bahn angeordnet, auf der der Strom in der Luftkammer von der Einlaßöffnung 9 zur Auslaßöffnung 10 fließt. Auch der Ständer 8 kann durch Druckgießen hergestellt sein.

Ferner zeigt in den Zeichnungen die Bezugsziffer 15 ein ortsfestes Gehäuse, das an seinem einen Ende durch Schrauben 16 am Ständer befestigt und an seinem anderen mit einem Lagerschild 19 versehen ist, in welchem die Welle 5 drehbar in Kugellagern 20 gelagert ist. Ferner bezeichnen 17 eine Feldwicklung, die ein umlaufendes Magnet -

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feld erzeugt, 18 die Magnetpole des Motors, 21 ein Kühlgebläserad, das auf der Welle 5 mit Scheibe 22 und Mutter 23 befestigt ist, 24 ein Gehäuse des Kühlgebläses und 25 einen schalldämpfenden Stoff, der die Geräusche dämpfen soll, die von dem Rohr 26 ausgehen, durch welches Gas in die Einlaßöffnung 9 einströmt. Am Einlaß dieses Rohres 26 ist ein (nicht gezeichneter) Filter vorgesehen. Mit dem Bezugszeichen 27 ist ein Rohr bezeichnet, welches das aus der Auslaßöffnung 10 ausgestpßene Gas ableitet, wie in Fig. 4 dargestellt.

Nun sei die Wirkungswc .se dieser Maschine beschrieben:

Wenn der Motor 4 umläuft, dreht er den Läufer 1, wodurch Gas durch d is Rohr 26 in die Einlaßöffnung 9 eingesaugt wird. Dieses eingesaugte Gas strömt dann in die im Ständer 8 angeordnete Luftkammer 12. hier strömt es wirbelnd in Spiralen durch den Raum, der von der halbkreisförmig profilierten Ringnut des Läufers 1 und der entsprechend halbkreisförmig profilierten Ringnut in der Luftkammer 12 gebildet ist, und wird dann durch die Auslaßöffnung 10 in das Rohr 27 ausgestoßen, wie in Fig. 4 gezeigt. Hierbei wird, weil der Druck nahe der Mitte des Gaswirbels (d.h. nahe der Mitte zwischen dem äußeren Umfang und dem inneren Umfang der Luftkammer) niedrig ist, und auch, weil mit abnehmender Entfernung von der Auslaßöffnung 10 der Druck allmählich ansteigt, dem von der Einlaßöffnung 9 zur Auslaßöffnung 10 strömenden Gas eine Neigung aufgezwungen, zur Einlaßöffnung 9 zurückzufließen. Gemäß der Erfindung findet jedoch, weil in der Luftkammer 12 Schaufeln 13 angeordnet sind, welche Trennwände bilden und jeden Rückwärtsfluß des Gases aufhalten,

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wie in Fig. 3 gezeigt, Rückstrom des Gases von der Auslaßöffnung zur Einlaßöffnung 9 hin nicht statt.

Wenn keine Schaufeln 13 in der Luftkammer angeordnet sind, dann entsteht unvermeidlicherweise nahe der Mitte des Gaswirbels, d. h. nahe dem Wirbel-Mittelpunkt C, welcher um eine Strecke S außerhalb des Mittelpunktes P des kreisförmigen Querschnittes der Luftkammer liert, ein Rückstrom, wenn das Gas wirbelnd von der Einlaßöffnung 9 zur Auslaßöffnung 10 fließt, wie in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt. Dieser Rückstrom hat es bisher unmöglich gemacht, den Punkt besten Gebläse-Wirkungsgrades zur Hochdruckseite hin zu verlagern. Aber wenn gemäß der Erfindung Schaufeln 13 vorgesehen werden, die jede Neigung zu Rückstrom in der Luftkammer verhindern, dann findet solcher Rückstrom nicht statt, und dann wird es möglich, den Punkt besten Gebläse-Wirkungsgrades zur Seite höheren Drucks zu verlagern und auch den Auslaßdruck zu erhöhen.

In dem Maße, wie der Abstand von der Einlaßöffnung 9 zunimmt (d. h. wie der Abstand von der Auslaßöffnung 10 abnimmt), steigt der Druck des in der Luftkammer 12 strömenden Gases allmählich an und sinkt daher die Steigung des spiraligen Stromes in der Luftkammor 12 allmählich ab, und daher wird, wenn die Luftkammer 12 im Schnitt entlang der Linie III—III gesehen wird, der Winkel zwischen der Stromungsrichtung des Gases und der radialen Richtung vom Mittelpunkt O der ringförmigen Kammer allmählich kleiner. Anders gesagt: In dom Maße, wie das strömende Gas näher an die Auslaßöffnung herankommt, nähert sich die Strömungsrichtung an die radiale Richtung an. Die Ru-h-

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tung des spiraligen Stromes ist in diesem Augenblick linksgängig wie in Fig. 3. Deshalb sind gemäß der Erfindung, damit der beste Gebläse-Wirkungsgrad erzielt wird, die Schaufeln in der Luftkammer 12 vorzugsweise so angeordnet, daß ihr Winkel im wesentlichen mit der Richtung jenes linksgängig-spiraligen Luftstroms übereinstimmt, wie in Fig. 3 dargestellt. Dies heißt: Der Neigungswinkel der Schaufeln 13 ist so gewählt, daß er mit derjenigen Richtung übereinstimmt, in welcher die den Innenrand der Luftkammer 12 berührenden Endteile der Schaufeln 13 in Richtung der Läuferdrehung (in der Zeichnung im Uhrzeigersinn) vorwärtsgerichtet sind. Noch anders gesagt: Die Unterteilungsschaufeln 13 sind so angeordnet, daß die Kreuzung zwischen den Schaufeln 13 und dem Innenrand der Luftkammer vorwärts verlagert, d. h. in der Richtung des Gasstroms vorwärts verlagert sind im Vergleich zu den geraden Linien, welche die Mitte O der Luftkammer mit den Kreuzungen zwischen den Schaufeln 13 und dem Außenrand der Luftkammer verbinden. Ferner wird der Winkel θ (dies ist der große griechische Buchstabe Theta), der an den Kreuzungen der Schaufeln 13 mit dem Innenrand der Luftkammer zwischen den Schaufeln und den vom Mittelpunkt O der Luftkammer her gezogenen geraden Linien gebildet ist, allmählich in dem Maße, wie der Abstand von der Einlaßöffnung 9 zunimmt und daher der Abstand zur Auslaßöffnung 10 abnimmt, kleiner. Das heißt: Wenn der Winkel θ der jeweiligen Schaufeln mit den Indizes 0, 1, 2, 3 — 7 entsprechend dem Abstand von der Einlaßöffnung 9 versehen wird, dann existiert die folgende Beziehung:

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Die Steigung P zwischen je zwei einander benachbarten Schaufeln nimmt in dem Maße, wie der Abstand von der Einlaßöffnung 9 zunimmt und der Abstand zur Auslaßöffnung 10 abnimmt, ebenfalls ab entsprechend der Abnahme der Steigung des Spiralstroms,

Das eben erst von der Einlaßöffnung 9 her angesaugte Gas befindet sich im Zustand des Überganges, in welchem der Wirbelstrom noch nicht ausgebildet ist, so daß es erforderlich ist, den Abstand zwischen der Einlaßöffnung 9 und der ersten Schaufel 13 (der der Einlaßöffnung nächsten Schaufel) etwas zu vergrößern. Das ist aus dem Grund nötig, daß, wenn irgendeine solche Schaufel 13 nahe der Einlaßöffnung *9 angeordnet ist, der gewünschte Spiralstrom infolge des Widerstandes solcher Schaufel sich nicht bilden kann. Wie Versuche ergeben haben, kann bester Spiralfluß erzeugt werden, wenn der Winkel zwischen der die Mitte der Einlaßöffnung 9 mit der Mitte der Luftkamrner 12 verbindenden Geraden und der den Schnittpunkt zwischen den Schaufeln 13 und dem Innenrand der Luftkammer 12 mit dem Mittelpunkt der Kammer verbindenden Geraden etwa 50 - 70 beträgt.

Wie oben beschrieben, werden gemäß der Erfindung in der Luftkammer im Ständer Trennschaufeln vorgesehen, um Rückstrom des Gases von der Auslaßseite zur Einlaßseite zu verhind· rn, so daß nicht nur die Lage des Punktes besten Wirkungsgrades in den Bereich günstigster Verwendung der Seitenkanal-Gebläse verlegt, sondern auch der Auslaßdruck beträchtlich erhöht werden kann.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In der

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Luftkammer des Ständers 8 sind sie unterteilende Schaufeln 131 angeordnet. Jede dieser Schaufeln 131 ist in einen ausgeschnittenen Außenrand-Teil 132, einen Zwischen-Teil 133 und einen ausgeschnittenen Innenrand-Teil 134 geteilt. Das vom Außenrand des Ringkanals des Läufers 1 kommende Gas fließt in den Außenrand-Teil der Luftkammer ein und wird dort durch die Schaufeln 131 aus seiner Richtung abgelenkt, und dabei wird seine Geschwindigkeitsenergie im Druck umgewandelt. Der Ausschnitt am Außenrand-Teil 132 jeder Schaufeln soll das strömende Gas stoßarm in die Luftkammer eintreten lassen, und der Ausschnitt-Teil 134 der Schaufeln soll das Gas stoßarm in den halbkreisförmig profilierten Ringkanal des Läufers 1 ausströmen lassen, während der Zwischen-Teil 133 hilft, Rückstrom des Gases zu verhindern. Damit das Einströmen und das Ausströmen des Gases noch sanfter vor sich geht, ist, weil die Strömungsgeschwindigkeit im Außenrand-Teil der Luftkammer groß ist, die Tiefe des Ausschnitts des Außenrand-Teils 132, wie mit L angezeigt, größer als der Zwischen-Teil 133, während die Tiefe des Ausschnitts des Innenrand-Teils 134 kleiner ist, wie durch 1 (dies ist der kursiv geschriebene kleine lateinische Buchstabe l) angezeigt. So wird durch diese Ausschnitte am Außenrand und am Innenrand der Schaufeln 131 stoßarmer Wirbel des Gases ermöglicht.

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Claims

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Ansprüche

ίΤϊ Seitenkanal-Gebläse mit einem Läufer, der in einem halbkreisförmig profilierten Ringkanal eine Anzahl von Schaufeln von einander gleichem Abstand aufweist, mit einem Ständer, der ebenfalls einen halbkreisförmig profilierten Ringkanal aufweist, welcher als Luftkammer dient und eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und zwischen diesen eine diese beiden Öffnungen trennende Sperrwand aufweist, wobei der Läufer und der Ständer einander zugewandt und durch einen Spalt voneinander getrennt sind und durch Drehung des Läufers ein Wirbel in den Ringkanälen des Läufers und des Ständers erzeugt wird und durch die Auslaßöffnung austritt, dadurch gekennzeichnet , daß in der Luftkammer (12) des Ständers (8) eine Anzahl von diese Luftkammer unterteilenden Schaufeln (13) angeordnet" sind.
2. Seitenkanal-Gebläse nach Ansjruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der Schaufeln (13) mit dem Innenrand des die Luftkammer (12) bildenden Ringkanals in Richtung der Strömung des Gases vor der geraden Linie liegt, welche den Mittelpunkt (O) des Ringkanals (12) mit dem Punkt verbindet, in dem die jeweilige Schaufel (13) den Außenrand des Luftkanals (12) schneidet.
3. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (θ , θ , θ ...), den die Schaufeln (13) mit

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den geraden Linien bilden, welche vom Mittelpunkt (O) der Luftkammer (12) durch die Punkte gehen, in denen die jeweiligen Schaufeln (13) den Innenrand der Luftkammer (12) schneiden, in dem Maße allmählich kleiner werden, wie der Abstand von der Einlaßöffnung (9) größer wird, d. h. wie der Abstand zur Auslaßöffnung (10) deiner wird (Fig. 3).
4. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung von einer Schaufel (13) zur nächstfolgenden Schaufel in dem Maße kleiner wird, wie der Abstand von der Einlaßöffnung (9) größer und somit der Abstand zur Auslaßöffnung kleiner wird.
5. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (131) an ihrem dem Außenrand der Luftkammer (12) benachbarten Teil und an ihrem dem Innenrand der Luftkammer (12) benachbarten Teil ihrer Länge mit Ausschnitten (132, 134) versehen ist.
6. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Tiefe des Ausschnitts des dem Außenrand benachbarten Teils (132) größer als die Tiefe des dem Innenrand benachbarten Teil (134) ist.
7. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung von einer Schaufel (13) zur nächstfolgenden in dem Maße kleiner wird, wie der Abstand von der Einlaßöffnung (9) größer

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und somit der Abstand zur Auslaßöffnung kleiner wird.
8. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (131) an ihrem dem Außenrand der Luftkammer (12) benachbarten Teil und an ihrem dem Innenrand der Luftkammer (12) benachbarten Teil ihrer Länge mit Ausschnitten (132, 134) versehen ist.
9. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Ausschnittes des dem Außenrand benachbarten Teils (132) größer als die Tiefe des den Innenrand benachbarten Teils (134) ist.
10. Seitenkanal-Gebläse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Geraden, welche die Mitte der Einlaßöffnung (9) mit dem Mittelpunkt der Luftkammer (12) verbindet, und der Geraden, welche den Schnittpunkt des Innenrandes der Luftkammer und der zur Mitte der Einlaßöffnung nächsten Schaufeln mit dem Mittelpunkt der Luftkammer verbindet, 50 - 70 beträgt.

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