DE102014212561A1

DE102014212561A1 - Leiser Lüfter für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014212561A1
Application number: DE201410212561
Authority: DE
Inventors: Thomas Bauer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung führt einen Impeller (1) mit einer Mehrzahl von Rotorblättern (2) ein. Ein radial innenliegendes Ende der Rotorblätter (2) ist mit einer um eine Rotationsachse des Impellers (1) angeordneten Nabe (3) verbunden. Ein radial außenliegendes Ende der Rotorblätter (2) ist mit einem ringförmig um die Rotationsachse angeordneten Impellerring (4) verbunden. Die Rotorblätter (2) weisen auf einer in einer Rotationsrichtung des Impellers (1) nachfolgenden Kante (6) des jeweiligen Rotorblattes (2) eine gewellte Abrisskante (8) auf, die sich in einem Bereich von einem Anfangspunkt der Abrisskante (8) auf dem Rotorblatt (2) bis zu einem Endpunkt der Abrisskante (8) auf dem Impellerring (4) erstreckt. Erfindungsgemäß liegt eine erste Verbindungslinie zwischen dem Anfangspunkt der Abrisskante (8) und der Rotationsachse des Impellers (1) in der Rotationsrichtung des Impellers (1) vor einer zweiten Verbindungslinie zwischen dem Endpunkt der Abrisskante (8) und der Rotationsachse.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Impeller (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Impeller mit einer niedrigen Geräuschemission und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Impeller.
In Kraftfahrzeugen werden Kühler eingesetzt, um die in dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anfallende Verbrennungswärme abzuführen und eine Überhitzung des Verbrennungsmotors zu verhindern. Die benötigte Kühlleistung variiert dabei mit der Belastung des Motors, allerdings schwankt auch die Kühlleistung des Kühlers mit der Windgeschwindigkeit (wesentlich bestimmt durch die Fahrgeschwindigkeit) und der Umgebungstemperatur. Es kann daher dazu kommen, dass für manche Fahrsituationen eine zu geringe Kühlleistung vorliegt. Um eine einstellbare Kühlleistung zu gewährleisten, werden Lüfter eingesetzt, die einen Luftstrom durch den Kühler erzeugen. Dadurch wird die Kühlleistung des Kühlers gesteigert und in gewissen Grenzen unabhängig von der Fahrtgeschwindigkeit. Der Lüfter kann bedarfsweise zugeschaltet werden, wenn beispielsweise ein Anstieg der Temperatur einer Kühlmittelflüssigkeit des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs über eine Schwelltemperatur beobachtet wird. Die vom Lüfter dabei erzeugten Geräusche können für Fahrzeuginsassen lästig sein und zudem als Fehlfunktion des Kraftfahrzeugs fehlinterpretiert werden. Aus diesem Grund ist ein Lüfter mit möglichst geringer Geräuschemission wünschenswert.
Die Erfindung führt daher einen Impeller mit einer Mehrzahl von Rotorblättern ein. Ein radial innenliegendes Ende der Rotorblätter ist mit einer um eine Rotationsachse des Impellers angeordneten Nabe verbunden. Ein radial außenliegendes Ende der Rotorblätter ist mit einem ringförmig um die Rotationsachse angeordneten Impellerring verbunden. Erfindungsgemäß weisen die Rotorblätter auf einer in einer Rotationsrichtung des Impellers nachfolgenden Kante des jeweiligen Rotorblattes eine gewellte Abrisskante auf. Die gewellte Abrisskante erstreckt sich in einem Bereich von einem Anfangspunkt der Abrisskante auf dem Rotorblatt bis zu einem Endpunkt der Abrisskante auf dem Impellerring. Erfindungsgemäß verläuft die gewellte Abrisskante kann so, dass eine erste Verbindungslinie zwischen dem Anfangspunkt der Abrisskante und der Rotationsachse des Impellers in der Rotationsrichtung des Impellers vor einer zweiten Verbindungslinie zwischen dem Endpunkt der Abrisskante und der Rotationsachse liegt. Dies bedeutet, dass die Abrisskante vom Zentrum des Impellers zum Impellerring eine Richtungskomponente entgegen der Rotationsrichtung des Impellers besitzt. Dies ist in den 1 und 2 im Bereich B dargestellt.
Der Impeller kann als besonders leiser Lüfter eingesetzt werden und besitzt wegen des Impellerrings gattungstypisch einen besonders hohen Wirkungsgrad, was gleichbedeutend mit geringeren Wirbelverlusten ist, die in Geräuschentwicklungen resultieren. Typischerweise beträgt ein Durchmesser des Impellers zwischen 5 und 50 Zentimetern. Die gewellte Abrisskante des Impellers trägt dabei zu einer Reduktion der Geräuschemission bei, indem sie die laminar über die Rotorblätter strömende Luft gezielt verwirbeln und so geräuscherzeugende Vibrationen, die am außenliegenden Ende der Rotorblätter entstehen, verhindern. Es hat sich dabei als vorteilhaft für eine geringe Geräuschentwicklung bei der Rotation des Impellers herausgestellt, wenn die Abrisskante in radialer Richtung mit zunehmenden Abstand von der Nabe gegenüber der Rotationsrichtung des Impellers zurückfällt, die Rotorblätter also bezogen auf die Abrisskante nach außen entgegen der Rotationsrichtung gekrümmt sind.
Als „gewellt“ wird im Sinne der Erfindung eine Formgebung verstanden, die mehrfach um eine gemittelte Konturlinie herum geformt ist und so eine Mehrzahl von Schwingungen um die gemittelte Konturlinie herum räumlich beschreibt, wobei der Begriff „Schwingungen“ hier keine Bewegung, sondern eine feststehende Formgebung meint. In den 1 und 2 sind erfindungsgemäße Abrisskanten 8 dargestellt, die eine geringe Anzahl solcher Schwingungen aufweisen, tatsächlich kann die Anzahl jedoch abhängig vom Durchmesser des Impellers von einigen bis einigen Dutzend reichen. Die gewellte Abrisskante kann dabei eine Wellenform aufweisen, die beispielsweise sinusförmig, gezackt oder kammförmig sein kann.
Insbesondere kann die gewellte Abrisskante ein Flügelprofil eines Flügels einer Eule nachbilden, von denen bekannt ist, dass sie besonders geringe Geräuschentwicklung verursachen.
Eine Amplitude der Wellenform der wellenförmigen Abrisskante kann mit steigendem Abstand von der Nabe in radialer Richtung zunehmen. Dadurch wird ein gleichmäßiger Übergang von dem nichtgewellten Bereich der nachfolgenden Kante des Rotorblattes zu der gewellten Abrisskante erzeugt, was eine reduzierte Geräuschemission bewirkt.
Die Wellenform kann eine axiale Komponente in einer Axialrichtung parallel zu der Rotationsachse des Impellers und/oder eine planare Komponente entlang einer Rotationsebene des Impellers besitzen. Auf die 1 und 2 bezogen bedeutet die axiale Komponente eine Formgebung mit einer Schwingung in die Tiefe der Abbildung, eine planare Komponente alternativ oder zusätzlich eine Formgebung mit einer Schwingung in der Zeichnungsebene der Figuren.
Zwischen der Nabe und dem Anfangspunkt der Abrisskante ist die Kante des Rotorblattes bevorzugt glatt ausgebildet. Vorzugsweise liegt der Anfangspunkt der Abrisskante wenigstens 60 Prozent eines Abstandes des Impellerrings zu der Nabe in radialer Richtung von der Nabe entfernt. Da die radial außenliegenden Bereiche der Rotorblätter die größten Geschwindigkeiten aufweisen, ist hier die Wirkung der gewellten Abrisskante am größten. In den radial innenliegenden Bereichen ist der Beitrag zur Geräuschemission jedoch ohnehin gering, weshalb hier die gewellte Formgebung der Kante zugunsten eines aerodynamisch günstigeren Profils weggelassen wird.
Eine in der Rotationsrichtung des Impellers vorauseilende Kante des jeweiligen Rotorblattes kann in einem Außenbereich des Rotorblattes an einem an dem Impellerring gelegenen Ende des Außenbereichs gegenüber einem radial innengelegenen Ende des Außenbereichs vorauseilen. Dies ist in den 1 und 2 im Bereich A dargestellt und bewirkt einen weniger abrupten Übergang von der Kante des Rotorblattes zum Impellerring, was die Geräuschemission durch unerwünschte Turbulenzen verringert.
Die in Rotationsrichtung nacheilende Kante des jeweiligen Rotorblattes kann in einem Innenbereich des Rotorblattes an einem an der Nabe gelegenen Ende des Innenbereichs gegenüber einem radial außengelegenen Ende des Innenbereichs nacheilen. Dies ist in den 1 und 2 im Bereich C dargestellt und bewirkt einen glatteren Übergang vom Rotorblatt zur Nabe mit einer entsprechend verringerten Geräuschbildung.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Impeller. Der Impeller ist bevorzugt in einem Kühler des Kraftfahrzeugs angeordnet, kann jedoch beispielsweise auch für die Belüftung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Impellers 1, wobei nur ein Ausschnitt des Impellers 1 und nur ein Rotorblatt 2 gezeigt wird. Gewöhnlich besitzt der Impeller 1 eine Mehrzahl von Rotorblättern 2, die um eine Rotationsachse des Impellers 1 in einem Winkel rotationssymmetrisch zueinander angeordnet sind, der einem Vollkreis geteilt durch die Anzahl der Rotorblätter 2 entspricht. Bei drei Rotorblättern ist der Impeller 1 also alle 120 Grad rotationssymmetrisch. Der Impeller 1 besitzt in seinem Zentrum eine Nabe 3, um deren Rotationsachse sich der Impeller 1 dreht. Der Impeller 1 wird nach außen durch einen Impellerring 4 begrenzt, der die Spitzen der Rotorblätter 2 miteinander verbindet und Kreisform besitzt. Der Impellerring 4 erhöht gegenüber einem Propeller den Wirkungsgrad, das heißt, ein Impeller bewirkt bei gleicher aufgewandter Leistung eine größere Massenflussrate als ein Propeller. Der Impeller rotiert im Betrieb in einer Rotationsrichtung, die in der Zeichnung durch einen Pfeil 5 angezeigt ist. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Impellers 1, bei dem die Rotorblätter 2 in Rotationsrichtung nach vorne gebogen geformt sind (engl. „forward-skewed impeller“).
Die Rotorblätter besitzen in einem Bereich B einer in Rotationsrichtung nachfolgenden Kante 6 des Rotorblattes eine gewellte Abrisskante 8, die aufgrund ihrer Formgebung eine Verwirbelung der laminar über das Rotorblatt strömenden Luft bewirkt. Dadurch wird ein am Ende des Rotorblattes entstehender Wirbel in eine hohe Zahl entsprechend schwächerer Wirbel aufgeteilt, was die Geräuschemission vermindert. Vorzugsweise weist eine in Rotationsrichtung vorauseilende Kante 7 des Rotorblattes an ihrem radial außenliegenden Ende in einem Bereich A der Figur eine in Rotationsrichtung mit zunehmendem Abstand vom Zentrum des Impellers 1 weiter hervorstehende Formgebung auf, die einen Übergang vom Impellerring 4 zum Rotorblatt 2 fließend gestaltet und somit eine geringere Bildung von Turbulenzen zur Folge hat. Entsprechend hierzu kann in einer Region C die nachfolgende Kante 6 in einem Innenbereich des Rotorblattes 2 gegenüber der Rotationsrichtung des Impellers 1 in Richtung zur Nabe 3 weiter zurückfallen, um ebenfalls einen fließenden Übergang der nachfolgenden Kante 6 zur Nabe zu bewirken.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Impellers 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente, wobei das zu 1 Gesagte auf das zweite Ausführungsbeispiel übertragen werden kann.
Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Rotorblätter 2 in Rotationsrichtung nach hinten gebogen geformt (engl. „backward-skewed impeller“). Dadurch ergibt sich im Bereich C der fließende Übergang zur Nabe 3 des Impellers 1 ohne Abweichung von der allgemeinen Formgebung der nachfolgenden Kante 6. Im Bereich A wird hingegen von der durch eine gestrichelte Linie angezeigten Fortsetzung der Hauptkontur der vorauseilenden Kante 7 abweichende Formgebung vorgesehen, um einen fließenden Übergang zum Impellerring 4 zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Impeller
2: Rotorblatt
3: Nabe
4: Impellerring
5: Rotationsrichtung
6: nachfolgende Kante
7: vorauseilende Kante
8: gewellte Abrisskante

Claims

Ein Impeller (1) mit einer Mehrzahl von Rotorblättern (2), deren radial innenliegendes Ende mit einer um eine Rotationsachse des Impellers (1) angeordneten Nabe (3) und deren radial außenliegendes Ende mit einem ringförmig um die Rotationsachse angeordneten Impellerring (4) verbunden sind, wobei die Rotorblätter (2) auf einer in einer Rotationsrichtung des Impellers (1) nachfolgenden Kante (6) des jeweiligen Rotorblattes (2) eine gewellte Abrisskante (8), die sich in einem Bereich von einem Anfangspunkt der Abrisskante (8) auf dem Rotorblatt (2) bis zu einem Endpunkt der Abrisskante (8) auf dem Impellerring (4) erstreckt, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verbindungslinie zwischen dem Anfangspunkt der Abrisskante (8) und der Rotationsachse des Impellers (1) in der Rotationsrichtung des Impellers (1) vor einer zweiten Verbindungslinie zwischen dem Endpunkt der Abrisskante (8) und der Rotationsachse liegt.
Der Impeller (1) von Anspruch 1, bei dem die gewellte Abrisskante (8) eine Wellenform aufweist.
Der Impeller (1) von Anspruch 2, bei dem eine Amplitude der Wellenform der wellenförmigen Abrisskante (8) mit steigendem Abstand von der Nabe (3) in radialer Richtung zunimmt.
Der Impeller (1) von einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die Wellenform eine axiale Komponente in einer Axialrichtung parallel zu der Rotationsachse des Impellers (1) besitzt.
Der Impeller (1) von einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Wellenform eine planare Komponente entlang einer Rotationsebene des Impellers (1) besitzt.
Der Impeller (1) von einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anfangspunkt der Abrisskante (8) wenigstens 60 Prozent eines Abstandes des Impellerrings (4) zu der Nabe (3) in radialer Richtung von der Nabe (3) entfernt liegt.
Der Impeller (1) von einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine in der Rotationsrichtung des Impellers (1) vorauseilende Kante (7) des jeweiligen Rotorblattes (2) in einem Außenbereich des Rotorblattes (2) an einem an dem Impellerring (4) gelegenen Ende des Außenbereichs gegenüber einem radial innengelegenen Ende des Außenbereichs vorauseilt.
Der Impeller (1) von einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in Rotationsrichtung (5) nacheilende Kante (6) des jeweiligen Rotorblattes (2) in einem Innenbereich des Rotorblattes (2) an einem an der Nabe (3) gelegenen Ende des Innenbereichs gegenüber einem radial außengelegenen Ende des Innenbereichs nacheilt.
Ein Kraftfahrzeug mit einem Impeller (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Das Kraftfahrzeug von Anspruch 9, bei dem der Impeller (1) in einem Kühler des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.