DE102014204043A1

DE102014204043A1 - Lüfterrad eines Axiallüfters

Info

Publication number: DE102014204043A1
Application number: DE102014204043.4A
Authority: DE
Inventors: Stéphanie Larpent; Uwe Blass; Nikolaus Zipf
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-10
Also published as: WO2015132077A1; EP3114354B1; EP3114354A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad (1) für einen Axiallüfter (2) zum Erzeugen eines Kühlluftstroms (38) durch einen Wärmetauscher (36) eines Fahrzeugs, mit einer Nabe (3) und mehreren Schaufeln (4), die jeweils an einem Schaufelfuß (5) mit der Nabe (3) verbunden sind, wobei die Schaufeln (4) jeweils einen Schaufelkörper (7) aufweisen, der an einer Saugseite (8) des Lüfterrads (1) eine Vorderseite (9) und an einer Druckseite (10) des Lüfterrads (1) eine Rückseite (11) besitzt und der eine Anströmkante (12) sowie Abströmkante (13) aufweist, wobei wenigstens eine der Schaufeln (4) auf der Druckseite (10) des Lüfterrads (1) eine Rampe (14) aufweist, die von der Rückseite (11) des Schaufelkörpers (7) absteht und die sich ausgehend von einem Anfangsbereich (15), in den sich der Schaufelfuß (5) und die Anströmkante (12) der jeweiligen Schaufel (4) befinden, in Richtung der Abströmkante (13) und einer Schaufelspitze (6) der jeweiligen Schaufel (4) erstreckt. Ein verbesserter Wirkungsgrad ergibt sich, wenn sich die jeweilige Rampe (14) über mehr als 50% einer radial vom Schaufelfuß (5) zur Schaufelspitze (6) gemessenen Schaufellänge (16) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad für einen Axiallüfter zum Erzeugen eines Kühlluftstroms durch einen Wärmetauscher eines Fahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Lüfterrad ausgestatteten Axiallüfter.
Aus der DE 10 2010 042 325 A1 ist ein derartiges Lüfterrad bekannt. Es umfasst eine Nabe und mehrere Schaufeln, die jeweils an einem Schaufelfuß mit der Nabe verbunden sind. Dabei weisen die Schaufeln jeweils einen Schaufelkörper auf, der auch als Schaufelblatt bezeichnet werden kann. Der Schaufelkörper besitzt an einer Saugseite des Lüfterrads eine Vorderseite und an einer Druckseite des Lüfterrads eine Rückseite. Ferner weist der Schaufelkörper eine Anströmkante sowie eine Abströmkante auf. Üblicherweise ist der Schaufelkörper an seiner Vorderseite, also zur Saugseite hin konvex gekrümmt während er an seiner Rückseite komplementär dazu zur Saugseite hin konkav gekrümmt ist. Alle Schaufeln des Lüfterrads weisen auf der Druckseite eine Rampe auf, die von der Rückseite des jeweiligen Schaufelkörpers absteht und die von einem Anfangsbereich ausgeht, in dem sich der Schaufelfuß und die Anströmkante der jeweiligen Schaufel befinden. Von diesem Anfangsbereich erstreckt sich die jeweilige Rampe dann in Richtung der Abströmkante sowie in Richtung der Schaufelspitze der jeweiligen Schaufel. Eine derartige Rampe sorgt für eine verbesserte Umströmung des Schaufelfußes im Bereich der Nabe. Beim bekannten Lüfter erstreckt sich die jeweilige Rampe über etwa ein Drittel einer radial vom Schaufelfuß zur Schaufelspitze gemessenen Schaufellänge. Somit sind beim bekannten Lüfterrad die Schaufeln ausgehend von der Schaufelspitze über mehr als 50 Prozent der Schaufellänge rampenfrei ausgestaltet.
Weitere Lüfterräder mit druckseitiger Rampe sind aus der WO 2012/072779 A1 aus der EP 1 219 837 A2 und aus der DE 199 29 978 A1 bekannt.
Bei einem Axiallüfter zum Erzeugen eines Kühlluftstroms durch einen Wärmetauscher eines Fahrzeugs ist häufig wenig Bauraum zwischen dem Wärmetauscher, der üblicherweise auch als Kühler bezeichnet wird, und einem Motorblock einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs vorhanden, um dort den Axiallüfter unterzubringen. Bei einer derartigen Positionierung zieht das Lüfterrad bzw. saugt das Lüfterrad den Kühlungsstrom durch den Wärmetauscher, wobei es den Kühlluftstrom frontal gegen den Motorblock fördert. Dort muss der Kühlluftstrom radial ausweichen. Dabei kommt es im Nabenbereich bzw. in einem nabennahen Bereich der Schaufeln, also im Bereich der Schaufelfüße zu einer Rückströmung. Diese Rückströmung wird mithilfe der druckseitig angeordneten Rampen radial verdrängt und in einem Endbereich der Rampen, der distal zur Nabe angeordnet ist, mit einer Hauptströmung zusammengeführt, die von den Schaufeln im Wesentlichen in der Axialrichtung gefördert wird. Die Axialrichtung verläuft dabei parallel zur Rotationsachse des Lüfterrads. Bei den bekannten, vorstehend genannten Lüfterrädern ist der Endbereich der jeweiligen Rampe etwa in einem radial innenliegenden Drittel der Schaufellänge zu finden, also im Wesentlichen proximal zum jeweiligen Schaufelfuß.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Lüfterrad der vorstehend genannten Art bzw. für einen damit ausgestatteten Axiallüfter eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten energetischen Wirkungsgrad auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Endbereich der jeweiligen Rampe im Vergleich zu bekannten Lüfterrädern radial nach außen zu verlegen, derart, dass sich die jeweilige Rampe über mehr als 50% der Schaufellänge erstreckt. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die vom Lüfterrad geförderte Hauptströmung abhängig von der radialen Position entlang der Schaufeln unterschiedliche Hauptströmungsrichtungen aufweist. Beispielsweise ist die Hauptströmungsrichtung im Bereich der Schaufelfüße annähernd axial, während sie im Bereich der Schaufelspitzen eine im Wesentlichen diagonale Ausrichtung besitzt, mit anderen Worten, im Bereich der Schaufelspitzen sind eine Axialkomponente und eine Radialkomponente der Hauptströmungsrichtung etwa gleich groß. Ebenso kann die Hauptströmungsrichtung im Bereich der Schaufelspitzen weitgehend radial ausgerichtet sein. Jedenfalls besitzt die Hauptströmungsrichtung im Bereich der Schaufelspitzen eine deutlich größere Radialkomponente als im Bereich der Schaufelfüße. Wenn bei herkömmlicher Bauweise die Rampen im innenliegenden Drittel der Schaufellänge enden, herrscht am Übergang zwischen der Rückströmung und der Hauptströmung ein großer Richtungsunterschied, wodurch die radiale Rückströmung vergleichsweise stark in die Axialrichtung umgelenkt werden muss. Hierbei geht vergleichsweise viel Energie verloren. Durch die Verschiebung des Endbereichs der Rampen radial nach außen, wird erreicht, dass die Einleitung der Rückströmung in die Hauptströmung in einem weiter von der Nabe entfernten Bereich erfolgt, in dem die Hauptströmung bereits eine signifikante Radialkomponente besitzt. In der Folge muss die Rückströmung weniger stark in die Axialrichtung umgelenkt werden, sodass hier die energetischen Verluste reduziert werden können. In der Folge besitzt das erfindungsgemäße Lüfterrad im Betrieb des Axiallüfters eine verbesserte Effizienz. Die verbesserte Effizienz kann dazu genutzt werden, einen größeren Kühlluftstrom zu fördern.. Ferner lässt sich die verbesserte Effizienz dazu nutzen, das Lüfterrad bzw. den gesamten Axiallüfter bei gleicher Leistung kleiner und leichter zu bauen. Es ist klar, dass die verbesserte Effizienz auch zu einer beliebigen Kombination der vorstehend genannten Möglichkeiten genutzt werden kann.
Die Rampe hat neben der verbesserten Rückführung der Rückströmung in die Hauptströmung außerdem einen Zusatzeffekt. Sie wirkt an der Druckseite der jeweiligen Schaufel wie eine Art Spoiler, der die von der Anströmkante des Schaufelkörpers entlang der Rückseite des Schaufelkörpers geführte Strömung in der Umfangsrichtung umlenkt. Dies bedeutet für die Druckseite des Lüfterrads einen erhöhten Druckaufbau, was ebenfalls die Effizienz des Lüfterrads verbessert. Je weiter dieser Spoiler, also die Rampe radial nach Außen positioniert werden kann, desto stärker ist die druckaufbauende Wirkung, da radial außen im Betrieb des Lüfterrads höhere Umfangsgeschwindigkeiten der Schaufeln herrschen.
In konsequenter Fortführung des erfindungsgemäßen Gedankens kann sich die jeweilige Rampe gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform über wenigstens 75% der Schaufellänge erstrecken. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der sich die jeweilige Rampe im Wesentlichen über die gesamte Schaufellänge erstreckt. Der Ausdruck "im Wesentlichen" ist dabei so zu verstehen, dass sich die jeweilige Rampe zumindest über 90% der Schaufellänge erstreckt. Ebenso ist denkbar, dass sich die jeweilige Rampe über die gesamte Schaufellänge erstreckt. Wie vorstehend ausgeführt, verbessert sich die Effizienz, je weiter die Rückströmung radial nach Außen geführt werden kann, bevor sie mit der Hauptströmung zusammentrifft. Es kann jedoch andere Gründe geben, die jeweilige Rampe nicht vollständig entlang der gesamten Schaufellänge vorzusehen. Denkbar sind beispielsweise herstellungsbedingte Einschränkungen und/oder Stabilitätsanforderungen. Ebenso ist denkbar, dass eine Rampe, die sich vollständig über die gesamte Schaufellänge erstreckt bzw. die sich bis zur Schaufelspitze erstreckt, zu Störgeräuschen führen kann.
Es ist klar, dass vorzugsweise alle Schaufeln mit einer derartigen Rampe ausgestattet sind. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei der nicht alle Schaufeln mit einer derartigen Rampe ausgestattet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in der Umfangsrichtung nur jede zweite Schaufel mit einer derartigen Rampe ausgestattet ist.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Rampe und der Abströmkante des Schaufelkörpers wenigstens ein zur Druckseite offener Kanal ausgebildet sein. Ein derartiger Kanal bewirkt eine Kanalisierung der Rückströmung entlang der Rampe, wodurch die Rückströmung von radial innen nach radial außen geführt wird. Der jeweilige Kanal befindet sich dabei an der Abströmseite der jeweiligen Rampe und an der Rückseite des jeweiligen Schaufelkörpers. Da der jeweilige Kanal zu Druckseite hin offen ist, kann die Rückströmung ohne weiteres in den Kanal eintreten.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich zumindest ein solcher Kanal bis zu einem radial außenliegenden Ende der Rampe erstrecken. Somit wird die Rückströmung im jeweiligen Kanal bis zum außenliegenden Ende der Rampe geführt, was eine kontrollierte Rückführung der Rückströmung in die Hauptströmung verbessert. Damit sich der jeweilige Kanal bis zum außenliegenden Ende der Rampe erstrecken kann, ist die Rampe vom Anfangsbereich bis zu ihrem Ende in der Umfangsrichtung zur Abströmkante des Schaufelkörpers beabstandet angeordnet.
Grundsätzlich kann das außenliegende Ende der Rampe radial geschlossen ausgeführt sein. Insbesondere kann sich das außenliegende Ende der Rampe unmittelbar an der Abströmkante des Schaufelkörpers befinden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher zumindest ein solcher Kanal radial außen offen ist. Im einfachsten Fall endet die Rampe radial außen freistehend, wodurch der sich bis zum außenliegenden Ende der Rampe erstreckende Kanal radial offen ist. Ebenso ist denkbar, dass die Rampe an ihrem außenliegenden Ende einen Quersteg besitzt, der die Rampe mit der Abströmkante verbindet. Um den am Quersteg endenden Kanal radial zu öffnen, kann dann in diesem Quersteg eine entsprechende Öffnung ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest ein solcher, radial außen offener Kanal in einem radial außenliegenden Austrittsbereich als Diffusor ausgestaltet sein. Ein derartiger Diffusor charakterisiert sich dadurch, dass sein durchströmbarer Querschnitt in der Durchströmungsrichtung zunächst abnimmt und danach wieder zunimmt. Mithilfe eines derartigen Diffusors lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit der im jeweiligen Kanal geführten Rückströmung reduzieren, was die Umlenkung der Rückströmung in der Hauptströmung vereinfacht und dementsprechend weniger Energie benötigt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung, können an der jeweiligen Schaufel mehrere Kanäle parallel nebeneinander angeordnet sein, wobei benachbarte Kanäle durch einen gemeinsamen Trennsteg voneinander getrennt sind, der zwischen der Rampe und der Abströmkante an der Rückseite vom Schaufelkörper absteht. Durch das Vorsehen mehrerer, parallel verlaufender Kanäle kann die strömungsführende Wirkung der Kanäle für die Rückströmung verbessert werden. Gleichzeitig bewirken die Trennstege eine signifikante Aussteifung der jeweiligen Schaufel.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Rampe zur Anströmkante hin konkav gekrümmt sein. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige anströmseitige konkave Krümmung besonders zweckmäßig ist, um einerseits den Druckanstieg an der Druckseite zu verbessern und um andererseits die Strömungsführung der Rückströmung zu verbessern.
Alternativ ist es ebenso denkbar, die Rampe zur Abströmkante hin konvex zu krümmen. Ferner ist denkbar, die Rampe geradlinig zu gestalten.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein zum Schaufelkörper distaler Abströmrand der Rampe entlang der Rampe im Wesentlichen in einer senkrecht zur Rotationsachse des Lüfterrads verlaufenden Austrittsebene liegen. Üblicherweise können in dieser Austrittsebene auch die Abströmkanten der Schaufelkörper liegen. Hierdurch besitzt die Rampe eine besonders einfache Geometrie, wodurch die Rampe und letztlich auch das Lüfterrad vergleichsweise einfach herstellbar sind.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Rampe einen zum Schaufelkörper distalen Abströmrand aufweisen, der zumindest einen, sich entlang der Rampe erstreckenden Abschnitt aufweist, der von einer senkrecht zur Rotationsachse des Lüfterrads verlaufenden Austrittsebene beabstandet ist. Dabei ist der Abströmrand in besagtem Abschnitt zur Saugseite hin von der Austrittsebene beabstandet, wodurch die Rampe bezogen auf den Schaufelkörper in besagtem Abschnitt eine reduzierte Bauhöhe oder Rampenhöhe besitzt. Ein solcher Abschnitt mit reduzierter Rampenhöhe kann sich dabei in einer radial außenliegenden Hälfte, vorzugsweise in einem radial außenliegenden Drittel, oder in einer radial innenliegenden Hälfte, vorzugsweise in einem radial innenliegenden Drittel, der in der Schaufellängsrichtung gemessenen Rampenlänge befinden. Durch derartige Abschnitte mit reduzierter Rampenhöhe können die Strömungen aus der Druckund Saugseite besser zusammengeführt werden, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrades genutzt werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform kann sich die Rampe bis in einen Endbereich erstrecken, in dem sich die Abströmkante und die Schaufelspitze befinden, wobei der Schaufelkörper in diesem Endbereich zur Saugseite hin gegenüber der übrigen Vorderseite nach außen gewölbt ist. Bei dieser Ausführungsform wird die saugseitige Kontur des Schaufelkörpers variiert, um den Übergang zwischen Rückströmung und Hauptströmung zu verbessern. Des Weiteren ermöglicht die Rampe eine gewisse Entkopplung zwischen der durch die Vorderseite des Schaufelkörpers definierten saugseitigen Kontur der Schaufeln und der druckseitigen Kontur der Schaufeln, die von der Anströmkante bis zur Rampe durch die Rückseite des jeweiligen Schaufelkörpers und durch die Rampe bestimmt ist. Somit kann durch eine geeignete Wahl der Geometrie der Rampe gezielt auf die Geometrie und somit auf die aerodynamische Wirkung der Druckseite der jeweiligen Schaufel Einfluss genommen werden, ohne dabei die Geometrie bzw. Aerodynamik der Saugseite der Schaufel zu beeinträchtigen. Gleichzeitig bleibt die jeweilige Schaufel und somit das gesamte Lüfterrad relativ einfach herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich zumindest ein derartiger Kanal bis in den besagten Endbereich hinein erstrecken, in dem sich der nach außen gewölbte Abschnitt des Schaufelkörpers befindet. Somit kann die Rückführung der Rückströmung gezielt in diesem Endbereich stattfinden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Rampe am Schaufelfuß und/oder an der Nabe beginnen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Rampe an der Anströmkante beginnt. Hierdurch wird erreicht, dass die Rückströmung im Wesentlichen vollständig erfasst werden kann.
Die jeweilige Rampe ist vorzugsweise integral am jeweiligen Schaufelkörper ausgeformt. In der Regel handelt es sich um ein einstückig herstelltes Spritzformteil. Ferner sind die Schaufeln vorzugsweise integral an der Nabe ausgeformt. Insbesondere handelt es sich um ein in einem Stück hergestelltes Spritzformteil.
Das Lüfterrad kann mit einem Lüfterring ausgestattet sein, der sich in der Umfangsrichtung geschlossen erstreckt und der die Schaufelspitzen der Schaufeln miteinander verbindet. Ein derartiger Lüfterring kann die Stabilität des Lüfterrads erheblich verbessern. Gleichzeitig kann er aus aerodynamischer Sicht vorteilhaft sein. Zweckmäßig ist der Lüfterring mit seinem druckseitigen Ende axial von den Abströmkanten der Schaufelkörper beabstandet. Sofern sich die Rampen im Wesentlichen bis zur Schaufelspitze erstrecken, erstreckt sich der Lüfterring maximal bis zur Rampe. Ferner kann der Lüfterring axial über die Anströmkanten der Schaufelkörper vorstehen. Auch der Lüfterring kann integral am Lüfterrad ausgeformt sein.
Ein erfindungsgemäßer Axiallüfter umfasst ein Lüfterrad der vorstehen beschriebenen Art sowie eine Lüfterhaube, die das Lüfterrad am Außenumfang umschließt. Im Betrieb des Axiallüfters ist die Lüfterhaube feststehend angeordnet, während das Lüfterrad relativ dazu rotiert. Die Lüfterhaube bewirkt im Wesentlichen eine Kanalisierung der Lüftströmung. Beispielsweise kann die Lüfterhaube mit dem zu durchströmenden Wärmetauscher verbunden sein, um einen vom Wärmetauscher bis zum Lüfterrad führenden Strömungskanal zu bilden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Axialansicht auf eine Druckseite eines Lüfterrads,
2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
3 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinien III in 2,
4 eine Schnittansicht wie in 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
5 und 6 jeweils eine isometrische Ansicht des Lüfterrads im Bereich einer Schaufel, jedoch bei weiteren Ausführungsformen,
7 bis 10 jeweils eine druckseitige Ansicht einer Schaufel bei verschiedenen Ausführungsformen,
11 eine isometrische Ansicht einer Schaufel bei einer weiteren Ausführungsform,
12 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung im Längsschnitt eines Axiallüfters im Einbauzustand.
Entsprechend den 1 und 2 umfasst ein Lüfterrad 1, das für einen in 12 angedeuteten Axiallüfter 2 vorgesehen ist, eine Nabe 3 und mehrere Schaufeln 4, die von der Nabe 3 ausgehen. Vorzugsweise handelt es sich beim Lüfterrad 1 um ein Spritzformteil aus Kunststoff, bei dem die Nabe 3 und die Schaufeln 4 materialeinheitlich aus einem Stück hergestellt sind.
Entsprechend den 1 bis 11 besitzt jede Schaufel 4 einen Schaufelfuß 5, mit dem sie mit der Nabe 3 verbunden ist, sowie eine Schaufelspitze 6, die distal zur Nabe 3 angeordnet ist. Ferner weist jede Schaufel 4 einen Schaufelkörper 7 auf, der auch als Schaufelblatt bezeichnet werden kann. Der Schaufelkörper 7 weist an einer in den 3, 4 und 12 erkennbaren Saugseite 8 des Lüfterrads 1 eine Vorderseite 9 und an einer Druckseite 10 des Lüfterrads 1 eine Rückseite 11 auf. Ferner befinden sich am Schaufelkörper 7 eine Anströmkante 12 sowie eine Abströmkante 13 der jeweiligen Schaufel 4. Die Axialansichten der 1 und 2 sowie die isometrischen Ansichten der 5 bis 11 sind auf die Saugseite des Lüfterrads 1 gerichtet. Das heißt, dass in diesen Ansichten die Druckseite 10 dem Betrachter zugewandt ist, während die Saugseite 8 vom Betrachter abgewandt ist.
Wie sich den 1 bis 11 ferner entnehmen lässt, weisen alle Schaufeln 4 auf der Druckseite des Lüfterrads 1 jeweils eine Rampe 14 auf. Die Rampe 14 steht dabei vom Schaufelkörper 7 zur Druckseite 10 hin ab. Dabei geht die jeweilige Rampe 14 von einem Anfangsbereich 15 aus, in dem sich der Schaufelfuß 5 sowie die Anströmkante 12 befinden. Ausgehend von diesem Anfangsbereich 15 erstreckt sich die jeweilige Rampe 14 dann in Richtung der Abströmkante 13 sowie in Richtung der Schaufelspitze 6 der jeweiligen Schaufel 4.
In den 1 und 2 ist jeweils für eine der Schaufeln 4 eine Schaufellänge 16 eingetragen, die sich radial vom Schaufelfuß 5 zur Schaufelspitze 6 erstreckt. Erkennbar erstrecken sich die Rampen 14 bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen im Wesentlichen über die gesamte Schaufellänge 16, also quasi vom Schaufelfuß 5 bis zur Schaufelspitze 6. Insbesondere in den Ansichten der 5 bis 10 ist erkennbar, dass sich die jeweilige Rampe 14 zweckmäßig nicht vollständig bis zu radial außenliegenden Außenkante 19 der Schaufelspitze 6 erstreckt, sondern dazu radial zurückbleibt. Dementsprechend verbleibt eine in den 5 bis 10 bezeichnete Lücke 17 zwischen einem radial außenliegenden Ende 18 der Rampe 14 und der besagten Außenkante 19 der Schaufelspitze 6. Diese radiale Lücke 17 ist bei den hier gezeigten bevorzugten Ausführungsformen sehr klein, insbesondere kleiner als 10 Prozent der Schaufellänge 16. Bei anderen Ausführungsformen kann diese Lücke 17 jedoch größer sein. Insbesondere kann es für eine ausreichende Verbesserung der Effizienz des Lüfterrads 1 ausreichen, die Rampe 14 so zu dimensionieren, dass sie sich über mindestens 50% der Schaufellänge 16 erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Rampe 14 jedoch über mindestens 75% der Schaufellänge 16. Wie gezeigt lassen sich nach derzeitigem Kenntnisstand die besten Ergebnisse jedoch dann erreichen, wenn sich die jeweilige Rampe 14 über mindestens 90% der jeweiligen Schaufellänge 16 erstreckt. In diesem Fall befinden sich in einem Endbereich 34 der jeweiligen Rampe 14 die Schaufelspitze 6 sowie das außenliegende Ende 18 der Rampe 14. Ferner erstreckt sich die jeweilige Rampe 14 in ihrem Endbereich 34 zumindest bis in die Nähe der Abströmkante 13, sodass im Endbereich 34 auch die Abströmkante 13 enthalten ist. Im Beispiel der 1 erstreckt sich die Rampe 14 bis zur Abströmkante 13. In den Beispielen der 2 bis 11 bleibt die Rampe 14 dagegen in der zumindest in den 1 und 2 durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umfangsrichtung 21 von der Abströmkante 13 entfernt.
Gemäß den 1 bis 11 ist zwischen der Rampe 14 und der Abströmkante 13 an der jeweiligen Schaufel 4 und an der Rückseite 11 des jeweiligen Schaufelkörpers 7 zumindest ein Kanal 22 ausgebildet, der zur Druckseite 10 offen ist. Im Beispiel der 1 sind drei derartige Kanäle 20 je Schaufel 4 vorgesehen. Im Beispiel der 2 sind zwei Kanäle 20 je Schaufel 4 vorgesehen. In den Beispielen der 7 bis 10 ist dagegen nur ein solcher Kanal 20 je Schaufel 4 vorgesehen. Zumindest einer der Kanäle 20, der im Folgenden mit 20' bezeichnet wird, erstreckt sich bis zum radial außenliegenden Ende 18 der Rampe 14. Da bei der in 1 gezeigten Ausführungsform die Rampe 14 im Endbereich 34 bis zur Abströmkante 13 geführt ist, ist der sich bis in das Ende 18 der Rampe 14 erstreckende Kanal 20' radial verschlossen. Im Unterschied dazu ist bei den in den 2 bis 11 gezeigten Ausführungsformen der sich bis in den Endbereich 34 erstreckende Kanal 20' radial offen, wodurch er eine radiale Austrittsöffnung 22 besitzt. Hierzu ist die Rampe 14 auch in ihrem Endbereich 34 in der Umfangsrichtung 21 von der Abströmkante 13 beabstandet.
Sofern, wie in den 1 und 2 erkennbar, mehrere Kanäle 20 je Schaufel 4 vorgesehen sind, verlaufen die Kanäle 20 bevorzugt parallel nebeneinander. Dabei sind in der Umfangsrichtung 21 benachbarte Kanäle 20 jeweils durch einen gemeinsamen Trennsteg 23 voneinander getrennt. Der jeweilige Trennsteg 23 ist dabei an der Rückseite 11 des jeweiligen Schaufelkörpers 7 angeordnet, wobei er dort vom Schaufelkörper 7 zwischen der Rampe 14 und der Abströmkante 13 absteht. Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 gehen die Trennstege 23 an ihrem radial außenliegenden Ende jeweils in die Rampe 14 über. Die Trennstege 23 führen ebenso wie die Rampe 14 zu einer signifikanten Aussteifung der jeweiligen Schaufel 4.
Wie sich insbesondere den 3 bis 6 entnehmen lässt, ist die Rampe 14 beispielsweise als Steg ausgestaltet, der vom Schaufelkörper 7 absteht. Bemerkenswert ist dabei, dass die stegförmige Rampe 14 nicht senkrecht zur Rückseite 11 vom Schaufelkörper 7 absteht, sondern gegenüber einer Lotrichtung 41 geneigt ist. Angedeutet ist hier ein Neigungswinkel von etwa 45°. Hierdurch besitzt der jeweilige Kanal 20 bzw. 20' in einem quer zur Radialrichtung gemessenen Querschnitt ein V-Profil. Durch Verändern einer Steghöhe oder Rampenhöhe lässt sich die Umströmung der jeweiligen Schaufel 4 beeinflussen, was in den 3 und 4 durch entsprechende Strömungspfeile 24 und 25 angedeutet ist. Bemerkenswert ist dabei, dass sich durch Verändern der Geometrie der Rampe 14 die druckseitige Umströmung 34 verändern lässt, ohne dass dadurch die Saugseitige Umströmung 25 beeinflusst wird. Somit lässt sich mithilfe der Rampe 14 die Druckseite des Lüfterrads 1 optimieren, ohne dabei eine unerwünschte Wechselwirkung mit der Saugseite 8 zu erzeugen.
Ferner ist es möglich, die Höhe der Rampe 14 entlang ihres radialen Verlaufs zu variieren. In den 5 und 6 ist jeweils mit unterbrochener Linie ein einfacher Verlauf eines zum Schaufelkörper 7 distalen Abströmrands 26 der Rampe 14 wiedergegeben. Dieser vereinfachte Verlauf des Abströmrands 26 kann insbesondere dazu führen, dass sich der Abströmrand 26 in einer senkrecht zu einer Rotationsachse 27 (vgl. 1, 2 und 12) verlaufenden, hier nicht näher bezeichneten Austrittsebene liegt. Insbesondere können in dieser Austrittsebene auch die Abströmkanten 13 liegen. In den 5 und 6 sind dagegen mit durchgehender Linie komplexere Verläufe für den Abströmrand 26 angedeutet, bei denen der Abströmrand 26 zumindest in einem sich entlang der Rampe 14 erstreckenden Abschnitt 28 von der besagten Austrittsebene axial beabstandet ist. Auch diese komplexen Verläufe für den Abströmrand 26 können zu einer verbesserten Umströmung der Rampe 14 führen.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 9 und 11 ist die Rampe 14 zur Anströmkante 12 hin konkav gekrümmt. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige konkave Krümmung besonders vorteilhaft ist für die Führung einer Rückströmung 29 sowie für einen Druckaufbau an der Druckseite 10 im Bereich einer Hauptströmung 30. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Geometrien für die Rampe 14 denkbar. Dementsprechend ist in 10 rein exemplarisch eine zur Anströmkante 12 hin leicht konvex gekrümmte Rampe 14 angedeutet. Die ursprünglich konkav gekrümmte Rampe 14 ist dabei in 10 mit unterbrochener Linie angedeutet. Ebenso ist denkbar, die jeweilige Rampe 14 geradlinig auszuführen.
Durch die Formgebung der Rampe 14 ist es ferner möglich, eine Strömungsrichtung der Rückströmung 29 im Bereich der Austrittsöffnung 22 des jeweiligen axial offenen Kanals 20' zu beeinflussen. Rein exemplarisch sind in den 7 bis 9 hierzu drei verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt. Im Beispiel der 7 ist die Strömungsrichtung der Rückströmung 29 in der Austrittsöffnung 22 zur Abströmkante 13 hin geneigt. Im Beispiel der 8 ist die Strömungsrichtung der Rückströmung 29 in der Austrittsöffnung 22 weitgehend radial orientiert. Im Beispiel der 9 ist die Strömungsrichtung der Rückströmung 29 in der Austrittsöffnung 22 zur Anströmkante 23 hin geneigt.
Bei der in 9 gezeigten Ausführungsform ist der radial außen offene Kanal 20' in einem radial außen liegenden Austrittsbereich 31, der die Austrittsöffnung 22 enthält, als Diffusor 32 ausgestaltet. Erkennbar nimmt der durchströmbare Querschnitt des radial offenen Kanals 20' in der Strömungsrichtung der darin geführten Rückströmung 29 zwischen der Rampe 14 und dem Schaufelkörper 7 zunächst ab und anschließend wieder zu.
11 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform, bei welcher der Schaufelkörper 7 im Endbereich 34 der Rampe 14 zu Saugseite hin gegenüber der übrigen Vorderseite 9 nach Außen gewölbt ist. Dieser nach Außen gewölbte Abschnitt ist in 11 mit 33 bezeichnet. Mit unterbrochener Linie ist dabei die ursprüngliche Kontur dieses Abschnitts 33 wiedergegeben, die sich ergibt, wenn die Kontur der übrigen Vorderseite 9 des Schaufelkörpers 7 an der Schaufelspitze 6 von der Anströmkante 13 zur Abströmkante 13 verlängert wird und an der Abströmkante 13 vom Schaufelfuß 5 bis zur Schaufelspitze 6 verlängert wird. Der in 11 erkennbare, axial offene Kanal 20' erstreckt sich dabei bis in den Endbereich 34 hinein.
Entsprechend 12 umfasst der Axiallüfter 2 zusätzlich zum Lüfterrad 1 eine Lüfterhaube 35, die das Lüfterrad 1 am Außenumfang umschließt. Die Lüfterhaube 35 ist im Beispiel der 12 an einem Wärmetauscher 36 angebracht und bildet einen Strömungskanal 37 aus, der vom Wärmetauscher 36 bis zum Lüfterrad 1 führt. Der Axiallüfter 2 erzeugt mithilfe des Lüfterrads 1 im Betrieb eine Kühlluftströmung 38, die den Wärmetauscher 36 durchströmt. Das Lüfterrad 1 ist bei einer Vielzahl von Einbausituationen dabei axial zwischen dem Wärmetauscher 36 und einem Motorblock 39 einer im Übrigen nicht dargestellten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, angeordnet. Das Lüfterrad 1 fördert dabei eine Hauptströmung 30 weitgehend axial, wobei bereits innerhalb des Lüfterrads 1 eine Umlenkung in die Radialrichtung erfolgt, sodass insbesondere im Bereich der Schaufelspitzen 6 eine Diagonalströmung vorliegt. Axial zwischen dem Motorblock 39 und dem Lüfterrad 1 kommt es durch den Aufstau zur Rückströmung 29, die mit Hilfe der hier vorgestellten Kanäle 20, 20' besonders effizient abgeführt und besonders verlustarm in die Hauptströmung 30 rückgeführt werden kann.
In 12 ist das Lüfterrad 1 rein exemplarisch mit einem Lüfterring 40 ausgestattet, der fest mit den Schaufeln 4 verbunden ist und dementsprechend mit dem Lüfterrad 1 mitrotiert. Der Lüfterring 40 kann ein integraler Bestandteil des spritzgeformten Lüfterrads 1 sein. Erkennbar erstreckt sich der Lüfterring 40 axial an der Saugseite 8 über die Anströmkanten 12 der Schaufeln 4 hinaus, während an der Druckseite 10 die Abströmkanten 13 axial über den Lüfterring 40 vorstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010042325 A1 [0002]
WO 2012/072779 A1 [0003]
EP 1219837 A2 [0003]
DE 19929978 A1 [0003]

Claims

Lüfterrad für einen Axiallüfter (2) zum Erzeugen eines Kühlluftstroms (38) durch einen Wärmetauscher (36) eines Fahrzeugs, – mit einer Nabe (3) und mehreren Schaufeln (4), die jeweils an einem Schaufelfuß (5) mit der Nabe (3) verbunden sind, – wobei die Schaufeln (4) jeweils einen Schaufelkörper (7) aufweisen, der an einer Saugseite (8) des Lüfterrads (1) eine Vorderseite (9) und an einer Druckseite (10) des Lüfterrads (1) eine Rückseite (11) besitzt und der eine Anströmkante (12) sowie Abströmkante (13) aufweist, – wobei wenigstens eine der Schaufeln (4) auf der Druckseite (10) des Lüfterrads (1) eine Rampe (14) aufweist, die von der Rückseite (11) des Schaufelkörpers (7) absteht und die sich ausgehend von einem Anfangsbereich (15), in dem sich der Schaufelfuß (5) und die Anströmkante (12) der jeweiligen Schaufel (4) befinden, in Richtung der Abströmkante (13) und einer Schaufelspitze (6) der jeweiligen Schaufel (4) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweilige Rampe (14) über mehr als 50% einer radial vom Schaufelfuß (5) zur Schaufelspitze (6) gemessenen Schaufellänge (16) erstreckt.
Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweilige Rampe (14) über mindestens 75% der Schaufellänge (16) erstreckt.
Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweilige Rampe (14) im Wesentlichen über die gesamte Schaufellänge (16) erstreckt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rampe (14) und der Abströmkante (13) des Schaufelkörpers (14) wenigstens ein zur Druckseite (10) offener Kanal (20, 20') ausgebildet ist.
Lüfterrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein solcher Kanal (20') bis zu einem radial außenliegenden Ende (18) der Rampe (14) erstreckt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Kanal (20') radial außen offen ist.
Lüfterrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher, radial nach außen offener Kanal (20') in einem radial außenliegenden Austrittsbereich (31) als Diffusor (32) ausgestaltet ist.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kanäle (20, 20') parallel nebeneinander angeordnet sind, wobei benachbarte Kanäle (20, 20') durch einen gemeinsamen Trennsteg (23) voneinander getrennt sind, der an der Rückseite (11) vom Schaufelkörper (7) zwischen der Rampe (14) und der Abströmkante (13) absteht.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe (14) zur Anströmkante (12) hin konkav gekrümmt ist.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schaufelkörper (7) distaler Abströmrand (26) der Rampe (14) entlang der Rampe (14) im Wesentlichen in einer senkrecht zur Rotationsachse (27) des Lüfterrads (1) verlaufenden Austrittsebene liegt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe (14) einen zum Schaufelkörper (7) distalen Abströmrand (26) aufweist, der zumindest einen sich entlang der Rampe (14) erstreckenden Abschnitt (28) besitzt, der von einer senkrecht zur Rotationsachse (27) des Lüfterrads (1) verlaufenden Austrittsebene beabstandet ist.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rampe (14) bis in einen Endbereich (34) erstreckt, in dem sich die Abströmkante (13) und die Schaufelspitze (6) befinden, wobei der Schaufelkörper (7) in diesem Endbereich (34) zur Saugseite (8) hin gegenüber der übrigen Vorderseite (9) nach außen gewölbt ist.
Lüfterrad nach den Ansprüchen 12 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein solcher Kanal (20') bis in den Endbereich (34) erstreckt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die jeweilige Rampe (14) am Schaufelfuß (6) und/oder an der Nabe (3) beginnt, und/oder – dass die jeweilige Rampe (14) an der Anströmkante (12) beginnt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfterring (40) vorgesehen ist, der fest mit den Schaufeln (4) verbunden ist.
Axiallüfter zum Erzeugen eines Kühlströms (38) zum Durchströmen eines Wärmetauschers (36) eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Lüfterrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, – mit einer Lüfterhaube (35), die das Lüfterrad (1) am Außenumfang umschließt.