WO2011012352A1

WO2011012352A1 - Eintrittsgeometrie für halbaxiale lüfterräder

Info

Publication number: WO2011012352A1
Application number: PCT/EP2010/057625
Authority: WO
Inventors: Andreas Schiel; Andreas Kockler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2012-01-30
Also published as: DE102009028125A1

Abstract

Lüfter mit einem Lüfterrad, das sich in radialer und axialer Richtung erstreckende Saugschaufeln mit einer Eintrittskante, die einer axialen Einlassrichtung des Lüfterrads zugewandt ist, umfasst, wobei wenigstens eine Saugschaufel im Bereich ihrer Eintrittskante eine Verwirbelungseinrichtung zur Erzeugung von Mikroturbulenzen aufweist.

Description

Beschreibung

Titel

Eintrittsgeometrie für halbaxiale Lüfterräder Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit Lüfterrad. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Lüfterrad eines Lüfters für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug.

Stand der Technik Lüfteranlagen in Kraftfahrzeugen umfassen üblicherweise einen Ansaugtrakt zum

Ansaugen von Außenluft, einen Lüfter zum Fördern der Luft, sowie einen Verteiltrakt zum Transportieren und Verteilen der geförderten Luft im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich können solche Lüfteranlagen einen Wärmetauscher zur Heizung, einen Kondensator zur Kühlung, einen Filter zur Reinigung und eine Anzahl Klappen und Ventile zur selektiven Leitung der Luft umfassen.

Ein Problem bei bestehenden Lüftungs- bzw. Klimaanlagen liegt darin, dass gebräuchliche Lüfter mit Lüfterrädern prinzipbedingt drehzahlabhängige Geräusche generieren können, die sich im Verteiltrakt ausbreiten können, so dass sie im In- nenraum des Kraftfahrzeugs hörbar sind, wo sie von Insassen als störend empfunden werden können. Durch Überlagerung mit anderen Geräuschen kann eine erhöhte Geräuschbelastung im Innenraum des Kraftfahrzeugs entstehen.

Bekannte Lüfter verfügen über eine abgestufte oder stufenlose Drehzahlsteue- rung, mittels derer die Lüfterdrehzahl entsprechend einer zu fördernden Luftmenge eingestellt werden kann. Ein Übergang zwischen unterschiedlichen Drehzahlen kann bei Lüftern, die drehzahlabhängige Geräusche produzieren, zu heulenden oder jaulenden Geräuschen führen, die oft als noch unangenehmer empfunden werden als konstante Geräusche. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter mit verminderten drehzahlabhängigen Geräuschen anzugeben.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lüfter mit Lüfterrad nach Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9. Unteransprüche geben mögliche bzw. vorteilhafte Ausbildungen an.

Nach einem ersten Aspekt weist ein Lüfterrad eines Lüfters sich in radialer und axialer Richtung erstreckende Saugschaufeln mit einer Eintrittskante, die einer axialen Einlassrichtung des Lüfterrades zugewandt ist, wobei wenigstens eine Saugschaufel im Bereich der Eintrittskante eine Verwirbelungseinrichtung zur Er- zeugung von Mikroturbulenzen aufweist.

Durch ein Lüfterrad hervorgebrachte Geräusche eines schmalen Frequenzbereichs („monofrequente Geräusche") sind von einer Drehzahl des Lüfterrades sowie einer Anzahl von Lüfterschaufeln des Lüfterrades (Ordnung) abhängig. Durch die Verwirbelungseinrichtung können diese Geräusche effizient unterdrückt werden. Durch eine Verwirbelungseinrichtung kann jedoch auch ein Geräusch mit einer hohen Frequenzbandbreite (Rauschen) hervorgerufen werden. Die Position und Ausdehnung der Verwirbelungseinrichtung kann daher so gewählt werden, dass im Innenraum des Kraftfahrzeugs die Intensität der monofre- quenten Geräusche wirksam reduziert wird und gleichzeitig das Rauschen von

Insassen nicht als störend wahrgenommen wird.

Wenigstens eine Saugschaufel des Lüfterrades kann einstückig mit einer Abströmschaufel ausgebildet sein. Dadurch sind die Strömungsflächen der Luft ent- lang der Lüfterschaufeln kantenfrei, wodurch zusätzliche Geräuschquellen vermieden werden können.

Die Verwirbelungseinrichtung kann durch eine Aussparung in der Saugschaufel gebildet sein. Die Aussparung kann beispielsweise eine elliptische oder teilellipti- sehe Form aufweisen. Insbesondere kann die Aussparung in Form einer Vertie- fung der Eintrittskante der Saugschaufel oder in Form eines umschlossenen Durchbruchs durch die Saugschaufel im Bereich der Eintrittskante realisiert sein.

Die Verwirbelungseinrichtung kann auch durch ein zwei voneinander beabstan- dete Aussparungen in der Saugschaufel ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere der Bereich zwischen beabstandeten Aussparungen eine mikroturbulente Wirbelschleppe erzeugen kann, die die Neigung des Lüfterrads zur Produktion monofrequenter Geräusche effizient unterdrückt. Ein Einsatz von mehreren Verwirbelungseinrichtungen im Bereich der Eintrittskante ist ebenfalls möglich.

Benachbarte Saugschaufeln können sich bezüglich der Position und/oder der Ausformung ihrer Verwirbelungseinrichtung unterscheiden. Durch Vermeiden einer allzu regelmäßigen Abfolge von Verwirbelungseinrichtungen benachbarter Saugschaufeln in Umfangrichtung des Lüfterrades können durch die Verwirbelungseinrichtung selbst ermöglichte monofrequente Geräusche unterbunden werden.

Einander bezüglich der Position und/oder der Ausformung ihrer Verwirbelungs- einrichtung entsprechende Saugschaufeln können periodisch über den Umfang des Lüfterrades wiederholt sein. Insbesondere können die Verwirbelungseinrichtungen auf den Saugschaufeln des Lüfterrades so verteilt sein, dass sie auf einem oder mehreren Armen einer (gedachten) Spirale liegen. Ist eine streng regelmäßige Abfolge von einander entsprechenden Saugschaufeln nicht praktika- bei, beispielsweise, weil die Anzahl der Saugschaufeln eine Primzahl ist, kann an einer oder mehreren Stellen von dem Anordnungsprinzip leicht abgewichen werden, ohne die Wirkung der Verwirbelungseinrichtungen signifikant zu beeinträchtigen. Dies kann beispielsweise durch zwei aufeinander folgende, einander entsprechende Saugschaufeln erfolgen.

Eine Position und/oder Ausdehnung der Verwirbelungseinrichtung kann in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Länge der Saugschaufel zur Länge der Abströmschaufel bestimmt sein. Das genannte Längenverhältnis ist einer der am stärksten bestimmenden Faktoren bei der Auslegung des Verhältnisses der För- derleistung der Saugschaufeln zur Förderleistung der Abströmschaufeln. Die

Strömungsbelastung der Saugschaufeln, und damit eine Neigung der Saug- schaufeln, monofrequente Geräusche zu produzieren, kann von diesem Verhältnis der Förderleistungen abhängig sein.

Das Lüfterrad kann Abströmschaufeln mit Abströmkanten umfassen, die einer radialen Auslassrichtung des Lüfterrades zugewandt sind. Eine solche Auslegung ist als halbaxiales Lüfterrad bekannt. Halbaxiale Lüfterräder weisen einen besonders guten Wirkungsgrad auf, da die zu fördernde Luft sowohl in Saugrichtung durch die Saugschaufeln, als auch in Abströmrichtung durch die Abströmschaufeln gefördert wird. Durch die den Saugschaufeln nachgeordneten Ab- strömschaufeln ist eine Strömungsbelastung der Saugschaufeln durch die vorbeiströmende Luft höher als bei einem rein axialen Aufbau des Lüfterrades. Mittels der beschriebenen Verwirbelungseinrichtung im Bereich der strömungstechnisch hoch belasteten Eintrittskante einer Saugschaufel kann einer Neigung eines halbaxialen Lüfterrades zur Produktion von drehzahl- bzw. ordnungsabhän- gigen Geräuschen besonders effizient begegnet werden. Darüber hinaus wird durch den Fördervorgang der Abströmschaufeln das durch die Mikroturbulenzen bedingte Rauschen wirksam gedämpft, so dass sich durch die Verwirbelungseinrichtung bedingte Geräusche nicht signifikant durch den Verteiltrakt fortpflanzen. Nach einem zweiten Aspekt umfasst ein Kraftfahrzeug eine Lüfteranlage, die einen Lüfter mit Lüfterrad wie oben beschrieben umfasst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Lüfteranlage in einem Kraftfahr- zeug;

Figur 2 eine Draufsicht eines Lüfterrades zum Einsatz in der Lüfteranlage von

Figur 1 ;

Figur 3 eine isometrische Schnittansicht des Lüfterrades aus Figur 2; und

Figur 4 eine seitliche Schnittansicht des Lüfterrades aus Figur 2 darstellt. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeug-Lüfteranlage 100. Ein Kraftfahrzeug 1 10 umfasst einen Ansaugtrakt 120, einen Lüfter 130 und einen Verteiltrakt 140. Der Lüfter 130 umfasst ein Lüfterrad 150 und einen Lüf- termotor 160. In der Darstellung von Figur 1 nicht enthalten sind optionale Elemente der Kraftfahrzeug-Lüfteranlage 100, wie Filter, Klappen, Ventile, Wärmetauscher, Kondensatoren und weitere Elemente, die im vorliegenden Zusammenhang nicht weiter relevant sind. Der Lüftermotor 160 versetzt das Lüfterrad 150 in Drehung, so dass Luft von einer Außenseite des Kraftfahrzeugs 1 10 durch den Ansaugtrakt 120 in das Lüfterrad 150 eingesogen und anschließend durch den Verteiltrakt 140 auf eine Innenseite des Kraftfahrzeugs 140 abgeströmt wird.

Häufig sind der Ansaugtrakt 120 und der Verteiltrakt 140 miteinander integriert ausgeführt und der Lüfter 130 kann nach Art einer Kartusche in den integrierten Trakt eingesetzt werden. Der Trakt kann auch Elemente aufweisen, die eine radiale Strömungsrichtung von aus dem Lüfterrad 150 abgeströmter Luft in eine einheitliche Strömungsrichtung umsetzen, beispielsweise eine sogenannte Druckerhöhungsspirale. Figur 2 zeigt das in Figur 1 nur als Funktionsblock dargestellte Lüfterrad 150 in einer Draufsicht. Das Lüfterrad 150 umfasst eine Nabe 210, von der aus sich zu einer Versteifungsfläche 220 am Umfang des Lüfterrades 150 eine Anzahl Saugschaufeln 230 erstreckt. Die Saugschaufeln 230 umfassen zwei unterschiedliche Ausführungen, von denen eine erste Ausführung nur eine Verwirbelungseinrichtung 250 und eine zweite Ausführung zwei voneinander beabstandete Verwirbelungseinrichtungen 250 umfasst. Saugschaufeln 230 der ersten und der zweiten Ausführung sind in Umfangrichtung des Lüfterrades 150 alternierend angeordnet, mit Ausnahme einer Unregelmäßigkeit im Bereich der 1 -Uhr-Position des Lüfterrades 150, wo zwei

Saugschaufeln 230 der zweiten Ausführung benachbart sind. Da das Lüfterrad 150 insgesamt 23 Saugschaufeln 230 umfasst, ist es nicht möglich, Saugschaufeln 230 mehrerer unterschiedlicher Ausführungen in einer geschlossenen zyklischen Abfolge entlang des Umfangs des Lüfterrades 150 anzuordnen (falls die Zykluslänge weder 1 noch 23 sein soll). Die dargestellte Unregelmäßigkeit hat nur geringen oder gar keinen Einfluss auf die Funktion der Verwirbelungseinrich- tungen 250, durch Erzeugung von Mikroturbulenzen Geräusche zu minimieren, die von der Drehgeschwindigkeit des Lüfterrades 150 abhängig sind.

Die dargestellten Verwirbelungseinrichtungen 250 umfassen Paare von Ausspa- rungen mit Halbkreisform. Die Lage, die Position und die Ausmaße der Verwirbelungseinrichtungen 250 können jedoch variiert werden. Beispielsweise kann an Stelle der Halbkreisform auch allgemeiner die Form eines Ellipsensegments verwendet werden. Auch ist es möglich, die Eintrittskante 240 einer Saugschaufel 230 auf einem Teil ihrer Länge oder auf der gesamten Länge mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Aussparungen zu versehen. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, bezüglich einer Oberfläche der Saugschaufeln 230 erhabene Verwirbelungseinrichtungen 250 vorzusehen. Die erhabenen Verwirbelungseinrichtungen 250 können sich von den Eintrittskanten 240 aus in tangentialer oder axialer Richtung oder in beiden Richtungen erstrecken. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Verwirbelungseinrichtung 250 einen von einer Saugschaufel 230 umschlossenen Durchbruch im Bereich der Eintrittskante 240 umfassen. In allen Fällen können Verwirbelungseinrichtungen 250 in gleichen oder unterschiedlichen Größen, Positionen und Ausformungen auf unterschiedlichen Saugschaufeln 230 angeordnet sein.

Figur 3 zeigt das Lüfterrad 150 aus Figur 2 in einer isometrischen Schnittansicht. Es ist zu erkennen, wie sich jede der Saugschaufeln 230 in axialer Richtung fortsetzt und jeweils in eine Abströmschaufel 210 mit einer Abströmkante 320 übergeht. Luft, welche die Saugschaufeln 230 passiert hat, wird von den Abström- schaufeln 310 um die Drehachse des Lüfterrades 150 herum beschleunigt, so dass sie aufgrund einer Fliehkraftwirkung das Lüfterrad 150 in radialer Richtung verlässt. Zusätzlich sind die Abströmschaufeln 310 gewölbt, um das Abströmen der Luft zu unterstützen. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass die Nabe 210 und die Versteifungsfläche 220 einstückig mit den Saugschaufeln 230 und den Abströmschaufeln 310 ausgebildet ist. Dadurch kann das Lüfterrad 150 in einem einzigen Guss- oder Spritzgussvorgang hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Lüfterrad 150 auch um eine Nabe 210 aus einem anderen Material, wie bei- spielsweise Bronze oder Stahl, herumgegossen oder -gespritzt sein. Die Nabe

210 ist zur Aufnahme einer Achse oder Welle bzw. eines entsprechenden Lagers ausgebildet. Eine Befestigung an der Nabe 210 kann beispielsweise durch Ver- schrauben, Verkleben, Vernieten oder Verpressen erfolgen. Die dargestellte Ausprägung der Verwirbelungseinrichtungen 250 unterstützt die Herstellungsart des Gießens oder Spritzgießens, indem sie die Saugschaufeln 230 nicht mit zu- sätzlichen Hinterschneidungen versieht, die einen Entformungsprozess des Lüfterrades 150 aus einer Dauerform behindern können.

Die Versteifungsfläche 220 weist einen vorderen Einlassring 330 und einen äußeren Abschlussring 340 auf. Der Einlassring 330 schließt das Lüfterrad 150 ge- genüber einer umgebenden Struktur, beispielsweise dem Ansaugtrakt 120, ab und ist so ausgeformt, dass ein zwischen diesen Elementen verbleibender Spalt möglichst wenig störend für die an ihm vorbeiströmende Luft ist. Der Abschlussring 340 kann eine ähnliche Funktion erfüllen, wobei die umgebende Struktur auch der Verteiltrakt 140 sein kann. Läuft der Abschlussring 340 in einer Nut der umgebenden Struktur, kann so eine Labyrinthdichtung aufgebaut sein. Außerdem kann der Abschlussring 340 das Lüfterrad 150 gegen Verformung, beispielsweise bei hohen Drehzahlen, versteifen.

Figur 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Lüfterrades 150 aus Figur 2. Auch in dieser Darstellung ist der einstückige Aufbau des Lüfterrades 150 derart, dass es in einem Guss- oder Spritzgussverfahren vorteilhaft hergestellt werden kann, gut zu erkennen.

Ist das Lüfterrad 150 in einen Lüfter 130 eingesetzt, befindet sich an den in der Darstellung von Figur 4 unteren Enden der Abströmschaufeln 310 ein Ablenkelement, welches Luft, die die Saugschaufeln 230 passiert hat, zu den Abströmschaufeln 310 hin ablenkt. Ein Lüftermotor 160 ist üblicherweise jenseits (unterhalb) dieses Ablenkelements angeordnet und überträgt ein Drehmoment auf das Lüfterrad 150 mittels einer in die Nabe 210 führenden Antriebswelle.

Ein solcher Lüfter 130 eignet sich insbesondere zum Einsatz in Lüftungs- und Klimaanlagen vor allem von Personenkraftwagen. Das in den Figuren 2 bis 4 beispielhaft dargestellte Lüfterrad weist einen äußeren Durchmesser von ca. 20 cm auf.

Claims

Ansprüche

1. Lüfter (130) mit Lüfterrad (150), das

- sich in radialer und axialer Richtung erstreckende Saugschaufeln (230) mit einer Eintrittskante (240), die einer axialen Einlassrichtung des Lüfter- rads (150) zugewandtist, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- wenigstens eine Saugschaufel (230) im Bereich ihrer Eintrittskante (240) eine Verwirbelungseinrichtung (250) zur Erzeugung von Mikroturbulenzen aufweist.

2. Lüfter (130) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Saugschaufel (230) einstückig mit einer Abströmschaufel (310) ausgebildet ist.

3. Lüfter (130) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Verwirbelungseinrichtung (250) durch eine Aussparung in der Saugschaufel (230) gebildet ist.

4. Lüfter (130) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungseinrichtung (250) durch zwei voneinander beabstandete Aussparungen in der Saugschaufel (230) gebildet ist.

5. Lüfter (130) nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbarte Saugschaufeln (230) bezüglich der Position und/oder Ausformung ihrer Verwirbelungseinrichtung (250) unterscheiden.

6. Lüfter (130) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einander bezüglich der Position und/oder Ausformung ihrer Verwirbelungseinrichtung (250) entsprechende Saugschaufeln (230) periodisch über den Umfang des Lüfterrads (150) wiederholt sind.

7. Lüfter (130) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Ausdehnung der Verwirbelungsein- richtung (250) in Abhängigkeit von einem Längenverhältnis einer Saugschaufel (230) zu einer Abströmschaufel (310) bestimmt ist.

8. Lüfter (130) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (150) Abströmschaufeln (310) mit einer Abströmkante (320), die einer radialen Auslassrichtung des Lüfterrads (150) zugewandt ist, umfasst.

9. Kraftfahrzeug (110) mit einer Lüfteranlage (100), die einen Lüfter (130) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.