CN109424582B - 风扇叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风扇叶轮。风扇叶轮(1)具有轮毂壳(10)和多个叶片(30)，叶片布置在轮毂壳(10)上并且从轮毂壳(10)的特别是至少基本上柱体形的外壁(12)沿径向方向向外延伸，其中，每一个叶片(30)都具有前棱边(VK)和后棱边(HK)，其中，对至少一个叶片(30)而言，叶片的轴向的标准结构深度z*(t)具有非周期的波浪形状。此外，本发明还涉及带有前述类型的风扇叶轮的冷却风扇模块和这种风扇叶轮在机动车中的用途。

Description

风扇叶轮
技术领域
本发明涉及一种用于尤其是机动车的冷却风扇模块，尤其是电运行的冷却风扇模块的特别是带有向前成镰状
Figure GDA0001904244090000011
的叶片的风扇叶轮。
背景技术
特别是机动车的内燃机的冷却***主要排出向燃烧室的壁和气缸的壁排出的热量，因为燃烧过程并非理想地进行。因为过高的温度可能会损害发动机(润滑油膜的断开、阀的烧毁等)，所以必须主动冷却内燃机。
现代的内燃机、特别是机动车中的四冲程发动机，除了少数例外都被液体冷却，其中，通常使用由水、防冻剂和防腐蚀剂构成的混合物作为冷却液。
冷却液通过软管、管和/或通道被泵送通过发动机(缸盖和发动机缸体)以及必要时泵送通过发动机的强烈承受热负荷的部件，如废气涡轮增压器、发电机或废气再循环冷却器。在此，冷却液吸收热能并且将热能从上述部件排出。变热的冷却液进一步流向冷却器。这种早期经常用黄铜、如今大多用铝制成的冷却器大多安装在机动车的前部，在那里，空气流吸收冷却剂的热能并且因此在该冷却剂重新回流到发动机之前使冷却剂降温，因此冷却剂循环是闭合的。
为了驱使空气经过冷却器，沿流动方向看，在冷却器之前(也就是说上游)或者在冷却器之后(也就是说下游)设有冷却风扇模块，该冷却风扇模块可以通过皮带驱动器机械驱动或通过电动马达电驱动。下列实施方案涉及被电驱动的冷却风扇模块。
冷却风扇模块传统上由风扇边框和风扇叶轮构成，风扇边框具有风扇叶轮凹部，风扇叶轮以能转动的方式保持在风扇叶轮凹部中。
风扇叶轮的几何形状决定性地既影响所输送的空气量和冷却风扇模块的声学性能。
传统的风扇叶轮(参看图1A和1B)在叶片上具有至少基本上平坦的或轻微弯曲的棱边几何形状。这意味着，叶片相对风扇叶轮的旋转轴线所在的基准平面的迎角至少基本上恒定，并且/或者在叶片的整个长度上的轴向的标准结构深度，至少基本上恒定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：说明一种有利的风扇叶轮，该风扇叶轮尤其在其空气输送性能和/或其声学性能方面是有利的。
按照本发明，该技术问题通过按照权利要求1的风扇叶轮和按照权利要求12的冷却风扇模块来解决。从属权利要求的和下列说明的主题是风扇叶轮和冷却风扇模块的优选的改进设计方案。
按照本发明，该技术问题通过一种特别是用于机动车的风扇叶轮解决，该风扇叶轮具有特别是关于旋转轴线旋转对称的轮毂壳和多个叶片，叶片布置在轮毂壳上并且从该轮毂壳的特别是至少基本上柱体形的外壁在径向方向上向外延伸，其中，每一个叶片都具有前棱边和后棱边，其中，对至少一个叶片而言、特别是对其中一些叶片而言、特别是对所有叶片而言，适用的是：基准直线由在风扇叶轮的旋转轴线上的第一点、穿过第一点并且垂直于旋转轴线的径向延伸以及第二点限定，第二点将从轮毂壳到叶片的过渡部上的圆弧形的棱边划分成了两个一样长的区段，其中，基准平面由平行于旋转轴线推移的直线和平行于基准直线推移的直线来限定，其中，该推移被设计成使这个基准平面沿风扇叶轮的转动方向观察完全处在叶片之后，其中，在基准平面中映射出叶片的前棱边的正交投影和叶片的后棱边的正交投影；其中，在基准平面中通过旋转轴线在基准平面中的如下正交投影限定了z轴，该正交投影在基准平面中从旋转轴线的正交投影出发在径向方向上向外平行地推移了轮毂壳的外半径；其中，在基准平面中通过径向延伸在基准平面中的正交投影限定了y轴；其中，在y轴上映射出相对的标准半径t(r)，该相对的标准半径按如下限定：
Figure GDA0001904244090000031
其中，Ri是轮毂壳的外半径，这尤其至少基本上对应叶片的内直径；Ra是叶片的外半径；r是在旋转轴线与有待观察的特别是柱体形的剖面平面之间的间距，剖面平面以相对于旋转轴线的间距r垂直于所属的基准直线，其中，r∈[Ri；Ra]，其中，在z轴上提供了叶片的轴向的标准结构深度z*(t)，该轴向的标准结构深度按如下限定：
Figure GDA0001904244090000032
其中，ZVK(t)是前棱边在延伸穿过t的特别是柱体形的剖面平面中的正交投影的z坐标；并且ZHK(t)是后棱边在延伸穿过t的特别是柱体形的剖面平面中的正交投影的z坐标；其中，轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线具有非周期的波浪形状。
按照本发明的一个实施方案，这尤为有利，因为以这种方式可以达到有利的空气体积流动。在附图说明中加以详细阐述的对比测量表明的是，相比带有平坦的或弯曲的后棱边的在其它方面构造相同的风扇叶轮，按本发明的风扇叶轮可以达到，特别是达到了更大的空气体积流量。换句话说：按本发明可以伴随功率节省或者更为缓慢运行的风扇叶轮产生相同的空气体积流量。替选地，在相同的功率下达到了更大的空气体积流量。
按照本发明，“风扇叶轮”尤其是旋转对称的部件，其具有轮毂、特别是轮毂壳，轮毂壳将风扇叶轮和马达尤其通过从该马达伸出的轴连接起来，使得由马达产生的扭矩至少基本上完全传递给了风扇叶轮。此外，风扇叶轮还具有多个叶片，叶片用于：一旦风扇叶轮开始旋转运动，就产生空气体积流量。叶片在此优选相对旋转轴线在-90°至+90°的角度范围内倾斜。
按照本发明，“轮毂壳”尤其是风扇叶轮的中央部分，其至少基本上布置在风扇叶轮的中央，该轮毂壳提供了与驱动器，特别是马达，特别是电动马达的连接，该轮毂壳至少部分遮盖该驱动器，特别是马达，特别是电动马达，并且该轮毂壳和传统的壳一样由至少基本上平坦的基面和紧接在该基面上的柱体面组成。叶片尤其布置在、特别是成型在这个柱体形的外壁上。
按本发明，“叶片”是相对与旋转轴线垂直的平面倾斜的扁平体，该扁平体布置在轮毂壳上并且设置用于、特别是设立用于：一旦风扇叶轮开始旋转运动，就产生空气体积流量。按照本发明，叶片尤其指的是翼片或者转子叶片。
按照本发明，叶片的“前棱边”尤其指的是沿旋转方向靠前的棱边。
按照本发明，叶片的“后棱边”尤其指的是叶片的沿旋转方向观察靠后的棱边。
按照本发明，“正交投影”指的是点在一个平面上的映像，因而在该点和其映像之间的连接线与这个平面形成了直角。于是，在平面的所有的点中，该映像与原始点具有最短的距离。正交投影因此是平行投影的在其中投影方向等于平面的法线方向的特殊情况。
按照本发明，“轴向的标准结构深度”指的是在垂直于旋转轴线观察叶片时叶片的高度。这尤为有利，因为以这种方式将叶片的绝对尺寸标准化，这导致了在风扇叶轮的不同的构造方案之间有更好的可比性。
按照本发明，“相对的标准半径”以标准化的方式说明了一个点或一个平面，特别是柱体形的平面与旋转轴线之间的限定的间距，这导致了不同的风扇叶轮之间有更好的可比性。
按照本发明，“非周期的”尤其指的是如下形状，该形状不对称地延伸经过相对的标准半径，换句话说这就意味着，无法找到将轴向的标准结构深度的函数划分成两个彼此一致的子函数的对称轴线。换句话说：轴向的标准结构深度不是其函数值以规则的间距重复的函数。
按照本发明，“波浪”形状的特征尤其在于以此为基础的函数的二阶导数始终是连续的。
换句话说，本发明的基本思想在于，指定后棱边非周期的波浪形状，特别是当前棱边是平坦的或弯曲的时，这造成了叶片的如针对轴向的结构深度所说明那样的唯一的设计方案。用于提高空气效率或上面说明的节省功率的关键就在这种按本发明的形状中。
按照本发明的一个实施方案，前棱边的正交投影是平坦的或弯曲的。这尤为有利，因为通过在平坦的或弯曲的前棱边和非周期的波浪形的后棱边之间的对立可以产生有利的空气体积流动。这尤其是当前棱边的正交投影不具有拐点时给出。
按照本发明的另一实施方案，风扇叶轮具有一个或多个沿转动方向看向前成镰状的叶片。这尤为重要，因为对带有向前成镰状和向后成镰状的叶片的风扇叶轮而言存在完全不同的气体动力学的情况，气体动力学的情况此外对所输送的空气体积流量有巨大的影响。按照本发明，向前成镰状尤其意味着，带有外半径Ra的叶片的尖端沿转动方向观察在叶片的中心之前。
按照本发明的一个优选实施方式，风扇叶轮具有至少基本上圆形的外圈，该外圈将叶片的叶片尖端相互连接起来。这一点尤为有利，因为以这种方式能提高风扇叶轮的机械强度并且提供了在边框圈与外圈之间的限定的、至少基本上恒定的间隙，这又造成了有利的气体动力学的和/或声学的效果。
按照本发明的一个实施方案，轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在叶片的相对的标准半径的65％至90％、特别是70％至85％、特别是75％至80％的范围内具有全局最小值。这尤为有利，因为广泛的试验研究表明，全局最小值在所说明的范围内大部分都有助于提高空气体积流量。
按照本发明的另一实施方案，标准结构深度z*(t)在y方向上的分布曲线在全局最小值之后不具有高点或至多具有一个高点。这尤为有利，因为风扇叶轮以这种方式至少基本上直线地运行，因为广泛的试验表明，在全局最小值后的进一步的波浪无法达到更进一步的明显的功率节省。
按照本发明的另一实施方案，轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在叶片的相对的标准半径的0％至50％、特别是0％至40％、尤其是0％至30％的范围内具有基本上连续上升或连续下降的分布曲线。这尤为有利，因为广泛的试验表明，存在这样一些实施方案，在这些实施方案中，波浪在上述范围内不会对功率节省有更大的影响并且因此为了简化叶片几何形状而可以至少部分省去波浪。
按照本发明的另一实施方案，轴向的标准结构深度z*(t)依赖于相对的标准半径t(r)的分布曲线满足下列条件：
Figure GDA0001904244090000071
其中：
t0∈[0；0.5]，特别是t0∈[0；0.25]，特别是t0∈[0；0.1]；
N∈[1；8]，特别是N∈[2；5]，特别是N∈[2；4]；
a∈[-1.5；1.5]，特别是a∈[-1.0；1.0]，特别是a∈[-0.5；0.5]；
A1∈[2；10]，特别是A1∈[5；10]，特别是A1∈[8；10]；
A2∈[-10；10]，特别是A2∈[-5；5]，特别是A2∈[-2；2]；
A3∈[-10；10]，特别是A3∈[-8；8]，特别是A3∈[-5；5]；以及
A4∈[5；50]，特别是A4∈[5；40]，特别是A4∈[10；25]。
t0说明了用于调整在轮毂壳上的顶点的相对的标准半径的偏移量，N是在轴向的标准半径上的振荡的数量，a是用于标度波浪长度以及调整全局最小值的位置的振荡系数，A1是二次幂的多项式系数，A2是线性的多项式系数，A3是轴向的串线的系数，也就是说用于对后棱边从轮毂壳到叶片尖端或外圈的线性的分布曲线进行调整的系数，以及A4是后棱边在轮毂壳上的相对的基础偏移(“起始”偏移)。上述函数说明了轴向的标准结构深度的非周期的波浪形状。借助所说明的参数能够使轴向的标准结构深度与风扇叶轮设计过程中外部的情况相适应，以便因此达到有利的功率节省或等效的空气体积流量提高。
按照本发明的另一实施方式，叶片的总长度被划分成下列区段：
区段I叶片的总长度的0％至65％；
区段II叶片的总长度的65％至77.5％；以及
区段III叶片的总长度的77.5％至100％，
其中，在总长度上提供的轴向的标准结构深度z*(t)依赖于相对的标准半径t(r)向上由如下这样的上边界函数GO来限制，其按如下限定：
区段I GO从0.175的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.175的轴向的标准结构深度z*(t)；
区段II GO从0.175的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.13的轴向的标准结构深度z*(t)；以及
区段III GO从0.13的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.23的轴向的标准结构深度z*(t)。
按照本发明的另一实施方案，叶片的总长度被划分成下列区段：
区段I叶片的总长度的0％至65％；
区段II叶片的总长度的65％至77.5％；以及
区段III叶片的总长度的77.5％至100％，
其中，在总长度上提供的轴向的标准结构深度z*(t)依赖于相对标准半径t(r)向下由如下这样的下边界函数GU来限制，其按如下限定：
区段I GU从0.05的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.05的轴向的标准结构深度z*(t)；
区段II GU从0.05的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.02的轴向的标准结构深度z*(t)；
区段III GU从0.02的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.10的轴向的标准结构深度z*(t)。
按照本发明的另一实施方案，轴向的标准结构深度z*(t)在叶片的总长度上从头至尾始终小于上边界函数GO的所属的值并且轴向的标准结构深度z*(t)在叶片的总长度上从头至尾始终大于下边界函数GU的所属的值。
这尤为有利，因为以这种方式，除了其定位之外，还在其有利的值范围方面，将全局最小值限定在从区段II到区段III的(大范围观察的)过渡区域中，如由广泛的对比研究得出的那样。
按照在此说明的实施方案的按本发明的风扇叶轮尤其设置用于结合带有后置的斜撑的风扇边框使用，也就是说，斜撑沿主流动方向看处在风扇叶轮后面。
本发明的另一个方面涉及特别是用于机动车的冷却风扇模块，该冷却风扇模块具有：风扇边框；风扇叶轮凹部，其构造在风扇边框中，其中，风扇叶轮凹部由边框圈限界；马达支架，该马达支架布置在风扇叶轮凹部中并且通过斜撑与风扇边框机械连接；马达，特别是电动马达，其至少部分保持在马达支架中；以及风扇叶轮，其布置在风扇叶轮凹部中并且被马达旋转地驱动，其中，风扇叶轮按照本发明的一种实施方案被构造。
按照本发明，“冷却风扇模块”尤其指的是如下组件，其沿流动方向看布置在车辆的冷却器之前或之后，并且设置用于、特别是设立用于产生空气体积流量，该空气体积流量尤其穿过冷却器或者围绕该冷却器延伸，其中，该空气体积流量从冷却器吸收热能。
按照本发明，“风扇边框”尤其指的是如下框架，风扇叶轮保持在该框架中，并且该框架本身又优选布置在、特别是固定在冷却器上或者冷却器附近。按照本发明，风扇边框优选具有塑料材料、特别是塑料复合物，该风扇边框尤其由塑料材料、特别是由塑料复合物形成。附加和/或备选地，风扇边框具有金属材料，例如铁、钢、铝、镁或类似物，尤其至少部分、特别是至少基本上、特别是完全由这种金属材料形成。按照一种实施方案，风扇边框也具有多于一个的风扇叶轮凹部、马达支架、马达和风扇叶轮，本发明尤其适合使用在有两个或两个以上的、特别是两个的风扇叶轮的冷却风扇模块中。按照一个实施方案，风扇边框附加地具有至少一个能关闭的开口、特别是至少一个活门、特别是多个开口。这尤为有利，因为以这种方式可以实现另外的空气引导性能。
按照本发明，“风扇叶轮凹部”尤其指的是风扇边框内的材料留空部。按照本发明的一个实施方案，斜撑在风扇叶轮凹部中延伸，斜撑将同样布置在风扇叶轮凹部中的马达支架与风扇边框机械连接、特别是电连接和/或电子连接。按照本发明，风扇叶轮凹部由边框圈限界。
按照本发明，“边框圈”将风扇叶轮凹部限定在垂直于风扇叶轮的旋转轴线的平面中，其中，该平面尤其与风扇边框的延伸方向至少基本上一致。边框圈可以由风扇叶轮凹部的棱边形成，和/或具有沿轴向伸展的柱体面，该柱体面优选与风扇边框一体式构造。
按照本发明，“马达支架”尤其指的是用于将马达机械固定在风扇边框上的装置、特别是用于提供抵抗风扇叶轮的扭矩的装置。按照一种实施方式，马达支架是至少基本上环形的结构，马达保持在该结构中。这尤为有利，因为以这种方式就不会由于马达而妨碍有利的冷却空气流动。
按照本发明，“斜撑”尤其指的是梁状或镰状的结构，其在马达支架和风扇边框之间提供机械连接。斜撑例如可以具有水滴形的横截面，以便达到有利的气体动力学的和/或声学的效果。
按照本发明，“马达”尤其指的是如下机器，其通过将例如热能/化学能或电能的能量形式转化成动能、特别是扭矩来做机械功。这尤为有利，因为以这种方式可以使风扇边框至少基本上自主地运行来输送能量，这就是说，不会从外部，例如通过楔形皮带或齿轮皮带供以运动能。
按照本发明，“电动马达”指的是机电转换器(电机)，其将电功率转化成机械功率、特别是转化成扭矩。概念“电动马达”按照本发明包括，但不限于直流电机、交流电机和三相交流电机或者有刷电动马达和无刷电动马达或者内转子马达和外转子马达。这尤为有利，因为电能是相比机械能或化学能能够方便地传递的能量形式，用电能可以提供所需的扭矩来驱动风扇叶轮。
针对这样设计的冷却风扇模块的优点，可以参考上述实施方案，以免重复。
按照本发明的一个实施方案，冷却风扇模块的斜撑沿流动方向看布置在风扇叶轮之后。这尤为重要，因为，前置和后置的斜撑会导致彼此有很大不同的空气动力学框架条件并且在此说明的风扇叶轮在斜撑后置时可以如广泛的试验表明那样尤为有利地使用。
本发明的另一个方面涉及在此所描述类型的风扇叶轮或在此所描述类型的冷却风扇模块在机动车中的应用。这一点尤为重要，因为在此所描述类型的风扇叶轮以特别有利的方式和在安装地点处的外部条件一起起作用。
附图说明
本发明的其它有利的改进设计方案由从属权利要求和对优选实施方案的下列说明得出。为此局部示意性地示出了：
图1A在透视图中从上侧观察地示出了现有技术的风扇叶轮；
图1B在透视图中以从基准平面的视线方向示出了图1A的公知的风扇叶轮的叶片背视图，其中，风扇叶轮的上侧指向下方；
图2A在透视图中从上侧观察地示出了按照本发明的一个实施方式的风扇叶轮；
图2B在透视图中以从基准平面的视线方向示出了图2A的风扇叶轮的叶片的背视图，其中，风扇叶轮的上侧指向下方；
图3在用于说明基准平面的透视图中示出了现有技术的风扇叶轮；
图4示出了按照本发明的一个实施方式的风扇叶轮的轴向的标准结构深度关于相对的标准半径的分布曲线；
图5示出了之前公知的风扇叶轮与按本发明的一个实施方案的风扇叶轮的对比；以及
图6是按照本发明的第二个方面的带有按照本发明的风扇叶轮的冷却风扇模块。
具体实施方式
图1A在透视图中从上侧观察示出了现有技术的风扇叶轮1并且图1B在透视图中以从基准平面的视线方向示出了图1A的公知的风扇叶轮的叶片30的背视图，其中，风扇叶轮1的上侧向指向下方。
风扇叶轮1按照图1A、1B、2A、2B和3具有关于旋转轴线R旋转对称的轮毂壳10。在轮毂壳10上布置着多个叶片30，这些叶片从轮毂壳10的柱体形的外壁12在径向方向上向外延伸。转动方向D在图1A和2A中通过在轮毂壳上的箭头说明。与此对应的是，转动方向是顺时针的。所输送的空气的主流动方向用HSR标注。风扇叶轮1具有至少基本上圆形的外圈20，该外圈将叶片30的叶片尖端相互连接起来。
参照图1B(和图2B)要注意的是，旋转轴线R的位置在它们距轮毂壳10的柱体形的外壁12的间距方面被视作是不按比例的，也就是说，取向是有约束力的，但位置则不然。
由图1A和1B可知，叶片30按照现有技术在正交投影中具有平坦的或弯曲的前棱边VK和平坦或弯曲的后棱边HK。
图2A在透视图中示出了按照本发明的一个实施方式的风扇叶轮1并且图2B在透视图中以从基准平面的视线方向示出了图2A的风扇叶轮的叶片30的背视图。
与按照现有技术的风扇叶轮1的实施方式(参看图1A和1B)相比，按照本发明的一个实施方式的风扇叶轮1按照图2A、2B具有若干有非周期的波浪形的后棱边的叶片30。
关于剖视图的立体图可以参考对图3的下列阐述。由图2A和2B可知，前棱边的正交投影具有平坦的或弯曲的形状。
图3在用于说明基准平面E_REF的立体图中示出了现有技术的风扇叶轮1。
下文中应当说明用于说明前棱边VK和后棱边HK或由此产生的轴向的标准结构深度z*(t)的观察平面。在图3中示出的风扇叶轮不具有按本发明的叶片几何形状，这对说明基准平面E_REF并不重要，因为相关的实施方案以相同的方式也适用于按本发明的实施方式。
从旋转轴线R出发，基准直线G_REF由在风扇叶轮1的旋转轴线R上的第一点P1、经过第一点P1并且垂直于旋转轴线R的径向延伸E和第二点P2限定，第二点将从轮毂壳10到叶片30的过渡部上的圆弧形的棱边划分成两个同样长的区段。换句话说，求出了延伸穿过点P2的半径。点P2是从轮毂壳到叶片的过渡棱边的中点，特别是叶片30的面朝壳底的棱边的中点。P2的另一种至少基本上一致的限定可以通过角度推导出：为此需要两个辅助半径，其中，第一辅助半径延伸通过P1和在柱体形的外壁与叶片之间的过渡棱边的最靠前的点，以及第二辅助半径延伸通过从轮毂壳到叶片的过渡棱边的最靠后的点，并且由在两个辅助半径之间夹成的角形成了角平分线。所说的角平分线与柱体形的外壁12的那个点，特别是在外壁的外侧上的点，就是P2。从G_REF出发，基准平面E_REF由平行于旋转轴线推移的直线和平行于基准直线G_REF推移的直线限定，其中，推移被设计成，使得这种推移沿风扇叶轮1的转动方向D观察完全处在叶片30之后。在基准平面E_REF上映射出叶片30的前棱边的正交投影和叶片30的后棱边HK的正交投影。视线方向B表明，如何在图1B和2B中观察风扇叶轮的各一个叶片节段。
在基准平面中撑开了由z轴和y轴构成的坐标系。这对说明前棱边和后棱边很关键。z轴由旋转轴线R在基准平面E_REF中的如下正交投影限定，该正交投影在第二个步骤中在基准平面E_REF中从旋转轴线R的正交投影在径向方向上向外平行推移了轮毂壳10的外半径Ri。换句话说，z轴在它的取向上未被改变，但在两个步骤中被平行推移，亦即到基准平面E_REF上的正交投影以及然后在基准平面E_REF中推移了Ri。这意味着，z轴延伸通过P2在E_REF上的正交投影。y轴由径向延伸线E在基准平面E_REF中的正交投影限定。这个y-z坐标系的原点由两个轴的交点限定。
在y轴上映射出相对的标准半径t(r)，其被如下限定：
Figure GDA0001904244090000141
其中，
Ri是轮毂壳10的外半径，这尤其至少基本上对应叶片30的内直径；
Ra是叶片30的外半径；以及
r是在旋转轴线R与有待观察的剖面平面S之间的间距，该剖面平面与旋转轴线R相间隔地垂直于所属的基准直线G_REF，其中，r∈[Ri；Ra]。
图4示出了按照本发明的一个实施方式的风扇叶轮的轴向的标准结构深度在相对的标准半径上的分布曲线。
水平轴对应上述y轴以及垂直轴对应上述z轴。在水平轴上提供相对的标准半径t(r)。
在垂直轴上提供叶片的轴向的标准结构深度z*(t)。轴向的标准结构深度z*(t)由此得出：
Figure GDA0001904244090000151
其中：
zVK(t)是前棱边VK在延伸穿过t的剖面平面S中的正交投影的z坐标；以及
zHK(t)是后棱边HK在延伸穿过t的剖面平面S中的正交投影的z坐标。
轴向的标准结构深度z*(t)的这样示出的分布曲线具有非周期的波浪形状。可以看到，轴向的标准结构深度z*(t)与后棱边HK的正交投影类似在叶片的相对标准半径t(r)的65％至90％、特别是70％至85％、特别是75％至80％的范围内具有全局最小值。
由图4的示例性的实施方式的轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线同样可知，后棱边HK的正交投影以及相似地还有轴向的标准结构深度沿y方向在全局最小值之后不具有高点或者至多具有一个高点。
由图4同样可知，轴向的标准结构深度z*(t)的示例性的实施方式以及类似地还有后棱边HK的正交投影，在叶片30的相对的标准半径t(r)的0％至50％、特别是0％至40％、特别是0％至30％的范围内，具有至少基本上连续下降的分布曲线。在此明显包括了轻微的波纹，特别是直至最大0.05的振幅高度。图4的示例性的实施方式的轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线根据相对的标准半径t(r)遵循下列条件：
Figure GDA0001904244090000152
其中：
t0∈[0；0.5]；
N∈[1；8]；
a∈[-1.5；1.5]；
A1∈[2；10]；
A2∈[-10；10]；
A3∈[-10；10]；以及
A4∈[5；50]。
在图4中示出的轴向的标准结构深度z*(t)至少基本上、特别是完全基于下列参数得出：
t0＝0；
N＝3；
a＝0.4；
A1＝10；
A2＝-2；
A3＝-5；
A4＝-16。
图5示出了之前公知的风扇叶轮1与按照本发明的一个实施方案的风扇叶轮1的对比。
图中示出了：
压力系数ψ，该压力系数是针对总压差的特征数：
Figure GDA0001904244090000161
功率系数λ，该功率系数是针对输入功率的特征数：
Figure GDA0001904244090000162
以及沿着量化了体积流量的体积系数
Figure GDA0001904244090000171
的效率η：
Figure GDA0001904244090000172
在此使用电动马达的电功率作为输入功率，其中，考虑到了电动马达的相应的损失(热、摩擦等)并且在总效率η中体现出来。
可以看到，在几乎相同的功率下(相似的功率系数)达到了更高的压力系数(即，总压差)，因而在相关的体积系数范围内获得了明显的效率提升。
图6示出了按照本发明的第二个方面的带有按本发明的风扇叶轮1的冷却风扇模块100。
该冷却风扇模块100具有风扇边框2，其中，风扇叶轮凹部40构造在该风扇边框2中，该风扇边框凹部由边框圈42限界。马达支架(被轮毂壳10遮盖)布置在风扇叶轮凹部40中并且通过斜撑44与风扇边框2机械连接。在马达支架中至少部分保持着马达，、特别是电动马达(同样被轮毂壳10遮盖)。风扇叶轮1布置在风扇叶轮凹部40中并且被马达旋转地驱动。风扇叶轮1对应按本发明的风扇叶轮的实施方式。为了详细设计风扇叶轮，可以参考上面的实施方案。斜撑44按照图6的实施方式沿流动方向看布置在风扇叶轮的后面，其中，流动方向垂直地伸入图6的图中。
尽管在前面的说明中阐释了示例性的实施方案，但要指出的是，多种变型方案也是可能的。特别是风扇边框的这种按本发明的设计方案也适合从纯电运行的车辆的部件中排出余热。此外要指出的是，这些示例性的实施方案仅是示例，这些示例不应限制保护范围、应用和结构。更确切地说，技术人员通过之前的说明获得了针对至少一个示例性的实施方案的应用的主导思想，其中，可以采取各种各样的改变，特别是鉴于所说明的组成部分的功能和布置，而不会脱离在权利要求和其等效的特征组合中得出的保护范围。
附图标记列表
Figure GDA0001904244090000181
Figure GDA0001904244090000191

Claims (27)

1.风扇叶轮(1)，所述风扇叶轮具有：
轮毂壳(10)；以及
多个叶片(30)，所述多个叶片布置在所述轮毂壳(10)上并且从所述轮毂壳(10)的外壁(12)沿径向方向向外延伸，
其中，每个叶片(30)具有前棱边(VK)和后棱边(HK)，
其中，对至少一个叶片(30)而言，适用的是：
基准直线(G_REF)通过：
在所述风扇叶轮(1)的旋转轴线(R)上的第一点(P1)；
穿过所述第一点(P1)并且垂直于所述旋转轴线(R)的径向延伸线(E)；以及
第二点(P2)，所述第二点将从所述轮毂壳(10)到所述叶片(30)的过渡部上的圆弧形的棱边划分成两个长度相同的区段
来限定，
其中，基准平面(E_REF)通过平行于所述旋转轴线(R)推移的直线和平行于所述基准直线(G_REF)推移的直线来限定，其中，该推移被设计成使所述基准平面沿所述风扇叶轮(1)的转动方向(D)观察完全处于所述叶片(30)之后，
其中，在所述基准平面(E_REF)中映射出所述叶片(30)的前棱边(VK)的正交投影和所述叶片(30)的后棱边(HK)的正交投影；
其中，在所述基准平面(E_REF)中通过所述旋转轴线(R)在所述基准平面(E_REF)中的、在所述基准平面(E_REF)中从所述旋转轴线(R)的正交投影出发沿径向方向向外平行推移了所述轮毂壳(10)的外半径(Ri)而得到的正交投影来限定z轴；
其中，在所述基准平面中通过所述径向延伸线(E)在所述基准平面(E_REF)中的正交投影来限定y轴；
其中，在所述y轴上提供了相对的标准半径t(r)，所述相对的标准半径按如下限定：
Figure FDA0002961398400000021
其中，
Ri是所述轮毂壳(10)的外半径；
Ra是所述叶片(30)的外半径；以及
r是在所述旋转轴线(R)与有待观察的剖面平面(S)之间的间距，所述剖面平面以相对于所述旋转轴线(R)的间距r垂直于所属的基准直线(G_REF)，其中，r∈[Ri；Ra]，
其中，在所述z轴上提供了所述叶片的轴向的标准结构深度z*(t)，所述轴向的标准结构深度按如下限定：
Figure FDA0002961398400000022
其中，
ZVK(t)是所述前棱边(VK)在延伸穿过t的剖面平面(S)中的正交投影的z坐标；以及
ZHK(t)是所述后棱边(HK)在延伸穿过t的剖面平面(S)中的正交投影的z坐标；
其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线具有非周期的波浪形状，轴向的标准结构深度不是其函数值以规则的间距重复的函数。
2.按照权利要求1所述的风扇叶轮，其中，所述前棱边(VK)的正交投影是平坦的或弯曲的。
3.按照权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，叶片(30)是沿转动方向(D)看向前成镰状的叶片(30)。
4.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述风扇叶轮(1)具有至少基本上圆形的外圈(20)，所述外圈将所述叶片(30)的叶片尖端相互连接。
5.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的65％至90％的范围内具有全局最小值。
6.按照权利要求5所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)在y方向上的分布曲线在全局最小值之后不具有高点或至多具有一个高点。
7.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的0％至50％的范围内具有至少基本上连续上升或连续下降的分布曲线。
8.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)依赖于所述相对的标准半径t(r)的分布曲线满足下列条件：
Figure FDA0002961398400000031
其中：
t0∈[0；0.5]；
N∈[1；8]；
a∈[-1.5；1.5]；
A1∈[2；10]；
A2∈[-10；10]；
A3∈[-10；10]；以及
A4∈[5；50]。
9.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述叶片(30)的总长度被划分成下列区段：
区段I 所述叶片的总长度的0％至65％；
区段II 所述叶片的总长度的65％至77.5％；以及
区段III 所述叶片的总长度的77.5％至100％，
其中，在所述总长度上提供的轴向的标准结构深度z*(t)依赖于所述相对的标准半径t(r)地向上由如下这样的上边界函数GO来限制，所述上边界函数GO被限定为：
区段I GO从0.175的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.175的轴向的标准结构深度z*(t)；
区段II GO从0.175的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.13的轴向的标准结构深度z*(t)；以及
区段III GO从0.13的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.23的轴向的标准结构深度z*(t)。
10.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述叶片(30)的总长度被划分成下列区段：
区段I 所述叶片的总长度的0％至65％；
区段II 所述叶片的总长度的65％至77.5％；以及
区段III 所述叶片的总长度的77.5％至100％，
其中，在所述总长度上提供的轴向的标准结构深度z*(t)依赖于所述相对的标准半径t(r)地向下由如下这样的下边界函数GU来限制，所述下边界函数GU被限定为：
区段I GU从0.05的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.05的轴向的标准结构深度z*(t)；
区段II GU从0.05的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.02的轴向的标准结构深度z*(t)；以及
区段III GU从0.02的轴向的标准结构深度z*(t)出发线性地延伸至0.10的轴向的标准结构深度z*(t)。
11.按照权利要求9所述的风扇叶轮，其中，
所述轴向的标准结构深度z*(t)在所述叶片(30)的总长度上从头至尾始终小于所述上边界函数GO的所属的值。
12.按照权利要求10所述的风扇叶轮，其中，
所述轴向的标准结构深度z*(t)在所述叶片(30)的总长度上从头至尾始终大于所述下边界函数GU的所属的值。
13.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
所述风扇叶轮是用于机动车的风扇叶轮。
14.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
轮毂壳关于旋转轴线(R)旋转对称。
15.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
所述轮毂壳(10)的外壁是至少基本上柱体形的。
16.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
所述至少一个叶片是其中一些叶片。
17.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
所述至少一个叶片是所有叶片(30)。
18.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，
所述轮毂壳(10)的外半径至少基本上对应于所述叶片(30)的内直径。
19.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的70％至85％的范围内具有全局最小值。
20.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的75％至80％的范围内具有全局最小值。
21.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的0％至40％的范围内具有至少基本上连续上升或连续下降的分布曲线。
22.按照权利要求1-2中任一项所述的风扇叶轮，其中，所述轴向的标准结构深度z*(t)的分布曲线在所述叶片(30)的相对的标准半径t(r)的0％至30％的范围内具有至少基本上连续上升或连续下降的分布曲线。
23.冷却风扇模块(100)，所述冷却风扇模块具有：
风扇边框(2)；
风扇叶轮凹部(40)，所述风扇叶轮凹部构造在所述风扇边框(2)中，其中，所述风扇叶轮凹部(40)由边框圈(42)来限界；
马达支架，所述马达支架布置在所述风扇叶轮凹部(40)内部并且所述马达支架通过斜撑(44)与所述风扇边框(2)机械连接；
马达，所述马达至少部分保持在所述马达支架中；以及
风扇叶轮(1)，所述风扇叶轮布置在所述风扇叶轮凹部(40)中并且由所述马达以旋转方式驱动，
其特征在于，
所述风扇叶轮(1)按照前述权利要求中任一项来构造。
24.按照前一项权利要求所述的冷却风扇模块，其中，所述斜撑(44)沿流动方向看布置在所述风扇叶轮(1)之后。
25.按照权利要求23所述的冷却风扇模块，其中，所述冷却风扇模块是用于机动车的冷却风扇模块。
26.按照权利要求23所述的冷却风扇模块，其中，马达是电动马达。
27.按照权利要求1至22中任一项所述的风扇叶轮或按照权利要求23至26中任一项所述的冷却风扇模块在机动车中的用途。
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