CN101101006A - 作为用于冷却汽车驱动装置的风扇的组成部分的叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及作为用于冷却汽车驱动装置的风扇的组成部分的叶轮(1)，该叶轮(1)可以通过具有传动轴(8)的风扇驱动器(10)进行旋转，且叶轮具有杯形的基本形状，该叶轮包括：用于将叶轮(1)紧固在传动轴(8)上的基座(3)，邻接基座(3)的管状部分(4)，及至少两个连接到所述管状部分(4)并向外延伸的叶轮叶片(2)，在基座(3)中提供至少一个孔(5)，孔(5)使得基座(3)的外侧(6)和基座(3)面向风扇驱动器(10)的内侧(7)之间的压力均衡成为可能。与现有叶轮相比，该叶轮具有优化的声学特性，特别是降低的噪声排放。

Description

作为用于冷却汽车驱动装置的风扇的组成部分的叶轮

技术领域

本发明涉及作为用于冷却汽车驱动装置，特别是内燃机的风扇的组成部分的叶轮，该叶轮可以通过具有传动轴的风扇驱动器进行旋转，且叶轮具有杯形的基本形状，该叶轮包括：用于将叶轮紧固在传动轴上的基座，邻接基座的管状部分，及至少两个连接到所述管状部分并向外延伸的风扇叶片。

背景技术

在内燃机中的燃烧期间作为燃料放热、化学转化的结果所释放的热量，部分经由界定燃烧室的壁耗散到汽缸盖和汽缸体中，部分经由排气流耗散到相邻的组件和环境中。为了将组件的热负荷保持在一定限度内，至少一部分吸入的热流必须再次耗散，或必须通过附加措施来辅助热耗散。通过内燃机表面经由辐射和热传导耗散到环境中的热量不足以产生有效的冷却，鉴于此，通常以强制对流有针对性地进行内燃机的冷却。

原则上，存在以空气冷却或液体冷却的形式配置冷却的可能。在空气冷却中，向内燃机提供扇式通风机，通过在引导下通过内燃机表面的空气流来实现热耗散。

相反，液体冷却要求内燃机或汽缸盖装备有冷却套，即，引导冷却剂通过汽缸盖，排列在汽缸盖中的冷却剂通道。在此，经受高机械负荷及热负荷的汽缸盖首先因冷却剂通道的引入而使其强度降低。其次，不必像空气冷却中那样首先将热量传导至汽缸盖表面来进行耗散。热量已经在汽缸盖的内部传输给冷却剂，通常冷却剂由水与添加剂混合而成。在此，通过配置在冷却回路中的泵传送冷却剂，从而使其在冷却套中循环。以此方式将传输给冷却剂的热量引导出汽缸盖内部，并在作为冷却回路组成部分的热交换器中再次从冷却剂中去除热量。在此，热交换器通常包括风扇，即扇式通风机，其叶轮可以通过风扇驱动器驱动，即旋转，为此将叶轮配置在风扇驱动器的传动轴上。

风扇确保在静止时，即在汽车处于静止或仅在低车速下时，也能提供足够高的空气质量流量及其他性能。风扇驱动器通常是电动风扇电机。

本发明的主题是上述类型的风扇的叶轮，旨在可以将该风扇用在空气冷却和液体冷却两者中。

风扇和叶轮设计的一个问题是，具体来说，传动轴和所驱动的叶轮两者都是动态的振荡系统。该叶轮进行振荡，即受激励而振荡，特别是通过驱动器，准确地说经由传动轴激励而振荡。

在此，传动轴受时间上变化的驱动力矩激励而以旋转方式振荡，然而，这些力矩在此首先要忽略。再者，可以观察到，传动轴沿着纵轴的偏斜及其他情况会造成与传动轴一起旋转的叶轮摆动。

振动不仅被视为对于组件强度和组件磨损很重要。也因其对内燃机噪声产生的因果效应，而被日益视为不利。

首先，增加的噪声排放是越来越受重视的环境问题，因为它不但对生活质量具有不利的影响，而且特别对暴露于噪声之下的人们的健康不利，鉴于此，已公布了大量的法规，其中制定了应保持的噪声限值。在此，最重要的法规是联邦排放保护法(BImSchG)及欧盟委员会的指导方针。

虽然噪声降低的开发工作在开始时集中于作为汽车的主要噪声源的发动机，但是设计工程师同时不得不考虑造成总体噪声排放的所有噪声源，以便继续满足对可允许的汽车噪声排放越来越严格的法律法规。

在此，叶轮和传动轴的振荡既产生作为固体声辐射的结果的噪声，又产生作为固体声进入到车体中的结果的噪声。

然而，在内燃机或风扇的结构设计上，设计工程师的焦点不仅是噪声降低。也做出越来越多的尝试有针对性地影响排放的噪声并对其建模。在此上下文中，也涉及声音设计。此开发工作由下面的发现推动：潜在顾客在购买汽车时的购买决定也在相当大的程度上受内燃机或汽车噪声影响。例如，跑车的驾驶员偏爱其声音强调汽车的运动特征的汽车或发动机。

在此，在声音设计中，作为最终造成排放的声音的原因的振荡及其他因素受到影响。

发明内容

针对此背景，本发明的目标是提供根据权利要求1的前序部分的叶轮，与现有的叶轮相比，该叶轮具有优化的声学特性，特别是降低的噪声排放。

此目标借助可以通过具有传动轴的风扇驱动器进行旋转的叶轮来实现，该叶轮具有杯形的基本形状，该叶轮包括：

用于将叶轮紧固在传动轴上的基座，

邻接基座的管状部分，及

至少两个连接到所述管状部分并向外延伸的风扇叶片，

且该叶轮特别之处在于下面的事实：

在基座中提供至少一个孔，该孔使得基座的外侧和基座的内侧之间的压力均衡成为可能。

测试表明，现有叶轮的基座受激励而振荡，并且在这一过程中充当类似扩音器的锥盆，这会产生大量的噪声排放。

在根据本发明的叶轮中，可以说，至少一个在叶轮基座中制成的孔会造成声短路。在受激励而振荡的基座中，所述至少一个孔确保基座的外侧和基座面向风扇驱动器的内侧之间的压力均衡。这导致相邻空气分子的激励降低，因而固体声辐射降低。

结果，实现了本发明所基于的目标，即提供具有优化的声学特性，特别是降低的噪声排放的叶轮。

图1通过示例示出，即对具体的叶轮来说，测量得到的声压级db(A)与风扇驱动器或传动轴的转速n的关系。在此，用现有叶轮(曲线A)以帕斯卡[Pa]为单位的噪声排放与根据本发明修改的所述叶轮的实施例(曲线B)的噪声排放相比较，修改后的实施例的特别之处在于下面的事实：根据本发明，已在基座中制成多个孔，这些孔确保基座的外侧和内侧之间的压力均衡。

可以清楚地看到，根据本发明配置的叶轮使得共振减少，该共振会在现有的叶轮(曲线A)中以约为n＝1600转/分钟的输出轴转速发生。

这样的叶轮实施例是有利的，其中提供优选地均匀分布在风扇的基座区域中的多个孔。风扇的基座通常在中心处优选地通过螺钉连接到传动轴。因为基座在连接位置的区域中由于其原理而不会振荡，且同时驱动力在该位置由旋转驱动轴引入，所以为了使叶轮旋转，将孔排列在与连接位置有足够的间距处是有利的。

至少一个孔可以具有任何所需的形状，因为该功能不依赖于至少一个孔的具体设计，但是原则上取决于开口的实现，空气可以通过这些开口从基座的外侧流至基座的内侧，或相反。

根据从属权利要求的更多的有利的叶轮实施例将在下文中描述。

这样的叶轮实施例是有利的，其中在基座上提供至少一个加强肋；该至少一个加强肋优选地排列在基座的内侧上。该至少一个加强肋增加了叶轮在基座区域中的强度，而只使用少量的材料。用于形成至少一个加强肋的附加材料在此只在叶轮中带来可接受的重量增加。在此应考虑，原则上设计工程师在叶轮的设计和配置期间的目标是保持叶轮的质量尽可能小，特别是叶轮为移动组件时。

这样的叶轮实施例是有利的，其中至少一个孔与至少一个加强肋间隔开。孔或开口不应提供在基座为了增加基座的强度而提供了加强肋的区域中。这也会以不利的方式减弱用加强肋实现的效果，即增加的组件强度。

因此可知，其中孔与加强肋间隔开的这样一个实施例是有利的。

在这样的实施例中，其中在基座上提供的肋基本上从基座的中心向外延伸到基座的边缘，或在这样的实施例中，其中加强肋基本上径向延伸，如果这些孔排列在肋之间并且具有类似于肋的方向，则这将是有利的。在此，这样的实施例是有利的，其中以类似于槽的方式配置各孔。

这样的叶轮实施例是有利的，其中提供与基座的外侧间隔开的盖。该盖保护风扇驱动器，使其免受腐蚀和力学影响或损害，例如石头的撞击。风扇驱动器优选为电动风扇电机，在此配置在风扇基座背对外侧的内侧上。

根据当前论述的实施例，盖与基座的外侧间隔开，使得在基座中提供的至少一个孔不会被盖封闭，且基座的外侧和内侧之间所需的压力均衡不会被盖阻碍或抑制。

在此，这样的叶轮实施例是有利的，其中在基座的外侧及与其间隔开的盖之间提供阻尼材料。结果，在基座振荡时产生并确保基座的外侧和内侧之间的压力均衡的空气流可以减速并因此受阻。然而，阻尼材料还确保，即便用于压力均衡的足够的空气首先穿过了在基座中提供的至少一个孔，喷溅的水也不会穿过所述孔。喷溅的水可能损坏例如配置在基座内侧的电驱动器。

这样的叶轮实施例是有利的，其中管状部分具有至少一个加强元件。该管状部分优选地相对于叶轮的纵轴具有旋转对称配置，特别是圆柱形配置，并给叶轮或叶轮的中心部分与基座一起赋予杯形的基本形状。在此，管状部分用于容纳至少两个向外延伸的风扇叶片，并在背对基座的一侧开口，这允许在装配风扇的情况下将叶轮推到传动轴上。在此，风扇驱动器至少部分地在管状部分中停在最终装配位置，从而管状部分还充当驱动器的外壳。

测试表明，管状部分在风扇操作期间变形。在此，旋转的管状部分在其横截面上出现形状的改变。例如为圆柱形的横截面改变成椭圆形或接近椭圆的形状。横截面的改变在管状部分的开口端特别明显，并沿叶轮基座的方向减少。

该形状改变造成至少两个风扇叶片的调整，风扇叶片相对于叶轮的纵轴或相对于传动轴向前或向后倾斜；该调整是单个叶片的相应位置的函数。

为了抵消上述形状改变，提供至少一个用于加强管状部分的元件是有利的。具体来说，这样的实施例是有利的，其中至少一个加强元件包括环，其形状对应于管状部分的初始横截面，所述环加固或支撑该部分。

因为形状改变在管状部分的开口侧特别明显，所以这样的叶轮实施例是有利的，其中将至少一个加强元件尽可能靠近开口侧，即管状部分的开口端配置。

因为叶轮是移动组件，所以至少在风扇操作期间，基本上用轻质材料制成至少一个加强元件是有利的。

附图说明

在下文中，将使用根据图1至图5的叶轮的一个实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出现有的叶轮的声压级与风扇驱动器转速的关系(曲线A)和根据本发明修改的叶轮的声压级与风扇驱动器转速的关系(曲线B)，

图2在正视图中用图形示出叶轮的第一实施例，

图3在后视图中用图形示出图2所示叶轮的实施例，

图4用图形示出叶轮沿着叶轮的纵轴的半剖面，其中包括盖，及

图5在正视图中示出图2所示叶轮的实施例，其中包括盖。

符号说明

1   叶轮

2   叶轮叶片、风扇叶片

3   基座

4   管状部分

5   孔

6   基座的外侧

7   基座的内侧

8   传动轴

9   盖

10  风扇驱动器

11  加强肋

12  阻尼材料

13  泡沫

14  加强元件

15  环

16  螺钉

17  外环

18  纵轴

n  风扇转速

具体实施方式

前面已在对根据本发明的叶轮进行说明的上下文中更详细地描述了图1，其目的在于清晰地展示优于现有的叶轮之处。

图2在正视图，即基座3的外侧6的视图中用图形示出叶轮1的第一实施例。总共在基座3中提供十六个孔5，这些孔使得基座3的外侧6和基座3面向风扇驱动器10的内侧之间的压力均衡成为可能。

在图2所示的实施例中，如图所示通过孔5至少可看到部分的电动电机被用作风扇驱动器10。

孔5均匀分布在叶轮1的基座3中，并且还彼此相应地均匀间隔开。孔5以类似于槽的方式配置，并从基座中心向外延伸到基座边缘，即基本上为径向。孔5这样的设计和定位对应于在基座3的内侧7，即基座3面向风扇驱动器10的一侧上提供的加强肋11(见图3)。在此，孔5在加强肋11之间延伸。

此外，如图2中所示，叶轮1连接到在基座3中心的传动轴8，本实例中的连接是通过螺钉16配置的。叶轮1的纵轴18与传动轴8重合。孔5与连接位置充分间隔开，这是顾及在连接位置处引入驱动力且基座3由于其原理而不能在连接位置处振荡的情况，鉴于此，不要求该位置处的压力均衡。

管状部分4给叶轮1的中心部分与基座3一起赋予杯形的基本形状，并邻接基座3。在图2中选择的正视图中，管状部分4的圆柱形圆周表面几乎垂直于绘图平面，即在纵轴18的方向上延伸。在此，管状部分4以类似于外壳的方式包围风扇驱动器10。

管状部分4用于容纳八个向外延伸的叶轮叶片2。

图3在后视图，即基座3的内侧7的视图中示出图2所示的叶轮1的实施例。连接到管状部分4的叶轮叶片2在其外端通过外环17彼此连接，该环用于加强叶轮1。

为了抵消管状部分4在叶轮1旋转时的形状改变，在管状部分4的开口端提供加强元件14，其形式为加强环15。该环15在管状部分4的开口端的配置是有利的，因为发生在风扇操作期间的形状改变在该位置处特别明显。环15由轻质材料制成。

可以清楚地看到排列在基座3的内侧7上的加强肋11，加强肋像孔5那样从基座中心向外延伸到基座边缘，即基本上为径向。提供基座3的加厚部分以便在用于容纳传动轴的孔区域中对基座3进一步加强。

图4用图形示出叶轮1沿着叶轮1纵轴18的半剖面，包括盖9，该剖面定位在两个叶轮叶片之间，从而这些叶片在图4中不可见。

盖9与基座3的外侧6间隔开。与充当外壳及其他功能的管状部分4一起，盖9保护配置在基座3的内侧7上的风扇驱动器(未示出)，使其免受腐蚀和力学影响。在图4所示的实施例中，盖9在传动轴8上通过螺钉16与基座3紧固在一起。

在基座3的外侧6及与其间隔开的盖9之间提供阻尼材料12，泡沫13充当阻尼材料12。泡沫13使基座3振荡时产生的空气流受阻，并确保基座3的外侧6和内侧7之间的压力均衡。另外，还阻止了喷溅的水的进入。然而，在基座3和盖9之间提供阻尼材料12不是必须的。阻尼材料不一定与噪声阻尼关联。

图5示出图2所示叶轮1的实施例的正视图，包括处于已装配状态的盖9。相同的标号用于相同的组件，因此可参考结合图2作出的说明。

Claims (10)

1.一种作为用于冷却汽车驱动装置，特别是内燃机的风扇的组成部分的叶轮(1)，叶轮(1)可以通过具有传动轴(8)的风扇驱动器(10)进行旋转，且叶轮(1)具有杯形的基本形状，该叶轮包括：

用于将叶轮(1)紧固在传动轴(8)上的基座(3)，

邻接基座(3)的管状部分(4)，及

至少两个连接到所述管状部分(4)并向外延伸的叶轮叶片(2)。

其中，在基座(3)中提供至少一个孔(5)，孔(5)使得基座(3)的外侧(6)和基座(3)面向风扇驱动器(10)的内侧(7)之间的压力均衡成为可能。

2.如权利要求1所述的叶轮(1)，其特征在于，所述基座(3)具有至少一个加强肋(11)。

3.如权利要求2所述的叶轮(1)，其特征在于，所述至少一个加强肋(11)排列在基座(3)的内侧(7)上。

4.如权利要求2或3所述的叶轮(1)，其特征在于，所述至少一个孔(5)与所述至少一个加强肋(11)间隔开。

5.如上述权利要求1至4之一所述的叶轮(1)，其特征在于，提供与基座(3)的外侧(6)间隔开的盖(9)。

6.如权利要求5所述的叶轮(1)，其特征在于，在基座(3)的外侧(6)和盖(9)之间提供阻尼材料(12)。

7.如权利要求6所述的叶轮(1)，其特征在于，所述阻尼材料(12)是泡沫(13)。

8.如上述权利要求1至7之一所述的叶轮(1)，其特征在于，在管状部分(4)上提供至少一个加强元件(14)。

9.如权利要求8所述的叶轮(1)，其特征在于，所述至少一个加强元件(14)包括配置在管状部分(4)背对基座(3)的开口侧上的环(15)。

10.如权利要求8或9所述的叶轮(1)，其特征在于，所述至少一个加强元件(14)基本上由轻质材料制成。

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