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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Gebläselaufrad für ein Fahrzeug sowie ein Heiz-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungssystem mit zumindest einem derartigen Gebläselaufrad.
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In Fahrzeugen werden Heiz-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungssysteme eingesetzt, um den Innenraum für die Insassen angenehm zu temperieren. Hierfür müssen je nach Außentemperatur, Betriebszustand des Motors und weiteren Parametern Luftmassen transportiert werden, was üblicherweise durch Gebläse erfolgt, die jeweils ein Gebläselaufrad und ein Gehäuse aufweisen. Nachdem in den beschriebenen Systemen Feuchtigkeit auftritt, muss zwischen dem Außenumfang des Gebläselaufrads und dem Gehäuse ein Zwischenraum eingehalten werden, um bei entsprechenden Außentemperaturen ein Festfrieren des Gebläselaufrads an dem Gehäuse bei längerem Stillstand des Fahrzeugs zu vermeiden. Ein derartiger Zwischenraum verringert jedoch den Wirkungsgrad des Gebläses.
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Stand der Technik
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Um die hierfür verantwortlichen Verluste zu verringern, ist es beispielsweise aus der
US 4,917,572 A bekannt, eine Art Labyrinthdichtung zwischen dem Gebläselaufrad und dem Gehäuse vorzusehen. Gemäß der
JP 2014-77380 A werden die Verluste durch einen zusätzlichen Ring an dem Gebläselaufrad auf der Einlassseite verringert. Eine ähnliche Lösung schlägt die
EP 1 178 215 A1 vor. Schließlich zeigen die
DE 199 03 359 A1 und die
JP 2000-201590 A spezielle Geometrien, um eine unerwünschte Rückströmung am Einlass des Gebläselaufrades zu verringern.
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Darstellung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde den Wirkungsgrad eines Gebläses weiter zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Gebläselaufrad, das sich dadurch auszeichnet, dass es einen Außenrand aufweist, der zumindest abschnittsweise derart weicher als das übrige Gebläselaufrad ist, dass er sich bei Drehung des Gebläselaufrads nach außen verformt. Mit anderen Worten, werden beim Betrieb des Gebläses die auftretenden Zentrifugalkräfte dazu genutzt, den notwendigen Spalt zu dem Gehäuse zu verringern. Im Stillstand, wenn mit anderen Worten keine Zentrifugalkräfte wirken, zieht sich der beschriebene Außenrand insoweit radial nach innen zurück, dass keine Gefahr eines Festfrierens an dem Gehäuse besteht. Es ist zu betonen, dass sich das typischerweise vergleichsweise harte Material, beispielsweise geeigneter Kunststoff, des Gebläselaufrades ebenfalls bei Drehung, zumindest mikroskopisch, nach außen verformen mag. Die Erfindung nutzt jedoch die Verformung eines vergleichsweise elastischen, insbesondere verglichen mit dem übrigen Gebläselaufrad weicheren Außenrandes in einem Umfang, der als makroskopisch bezeichnet werden kann und mit bloßem Auge wahrnehmbar ist, um den beschriebenen Zwischenraum im Betrieb zumindest zu verringern, oder sogar nahezu zu schließen. Es sei ergänzt, dass die beschriebenen Zentrifugalkräfte hierbei durch Druckkräfte, die in dem beschriebenen Systemen auftreten können, unterstützt werden können. Bei ersten Berechnungen hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Maßnahme der durch das Gebläselaufrad erzeugte Ausgangsdruck um einige Prozent erhöht werden kann, was eine Erhöhung des Luftstromes in der gleichen Größenordnung und eine spürbare Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades bewirkt.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Im Hinblick auf das Material des verformbaren Außenrandes hat sich ein Thermoplastisches Elastomer als vorteilhaft herausgestellt, so dass zumindest ein verformbarer Abschnitt aus diesem Material ausgeführt ist.
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Wenngleich der erfindungsgemäße Effekt auch bei einer abschnittsweisen Gestaltung, wie beschrieben, erreicht werden kann, wird zur besonders umfangreichen Nutzung der vorteilhaften Wirkungen bevorzugt, dass der beschriebene Außenrand des Gebläselaufrades über den gesamten Umfang in der beschriebenen Weise gestaltet ist.
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Um eine besonders leichte Verformung in der beschriebenen Weise in radialer Richtung zu erreichen, wird für zumindest einen verformbaren Abschnitt bevorzugt, dass er sich im unverformten Zustand im Wesentlichen in Axialrichtung oder kegelstumpfförmig erstreckt. Der verformbare Abschnitt ist typischerweise dünn ausgeführt, so dass er sich leicht in der beschriebenen Richtung verformen kann und dennoch bei Stillstand in einen Zustand zurückkehrt, in dem ein Festfrieren an dem Gebläsegehäuse verhindert wird.
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In bestimmten Anwendungsfällen wird für den verformbaren Abschnitt bevorzugt, dass er durchgehend entlang des Umfangs ausgeführt ist.
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Insbesondere dann, wenn sich dieser Abschnitt im unverformten Zustand in Axialrichtung erstreckt, kann die ungehinderte Verformung in Radialrichtung dadurch unterstützt werden, dass zumindest ein verformbarer Abschnitt zumindest einen, bevorzugt zahlreiche Ausschnitte aufweist.
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Alternativ können entlang des Umfangs mehrere kürzere verformbare Abschnitte vorgesehen sein, die sich demnach bei Drehung leicht in Radialrichtung verformen können.
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Um die beschriebenen Druckverluste möglichst gering zu halten, wird für mehrere verformbare Abschnitte bevorzugt, dass sie sich zumindest im unverformten Zustand zumindest abschnittsweise überlappen.
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Gemäß der Erfindung wird ferner ein Heiz-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungssystem mit zumindest einem erfindungsgemäßen Gebläselaufrad vorgestellt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Gebläselaufrads und des zugehörigen Gehäuses während des Stillstands;
- 2 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Gebläselaufrads und des zugehörigen Gehäuses während der Drehung;
- 3 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Gebläselaufrads und des zugehörigen Gehäuses in einer zweiten Ausführungsform;
- 4 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Gebläselaufrads und des zugehörigen Gehäuses in einer zweiten Ausführungsform während der Drehung;
- 5 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Laufrad in einer dritten Ausführungsform; und
- 6 eine Draufsicht auf einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Gebläselaufrads in einer vierten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist schematisch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Laufrads 18 dargestellt, das in einem Gehäuse 23 aufgenommen ist, das auch als Schnecke(ngehäuse) bezeichnet werden kann. Die Rotationsachse des Gebläselaufrads 18 verläuft in der Figur im Wesentlichen von oben nach unten und ist mit 12 angedeutet. In der gezeigten Schnittansicht weist das Gebläselaufrad 18 eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt mit einem im mittleren Bereich nach oben gewölbten Boden 14 auf, und der Außenrand wird im Wesentlichen durch einen Zylinderabschnitt 16, dessen Achse mit der Rotationsachse 12 zusammenfällt, gebildet. Wie ebenfalls in der Figur angedeutet ist, ist das Gebläselaufrad 18 in einem Gehäuse 23 aufgenommen, das in dem gezeigten Fall einen im Wesentlichen umgekehrt U-förmigen Kanal aufweist, der in Axialrichtung in Richtung des Zylinderabschnitts 16 geöffnet ist. Zumindest in gewissem Umfang entlang der Tiefe dieses Kanals ist der Rand des Zylinderabschnitts 16 aufgenommen, so dass hierdurch bereits für eine gewisse Labyrinthdichtung gesorgt wird.
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Die erfindungsgemäßen Wirkungen werden jedoch insbesondere durch einen verformbaren Abschnitt 30a erhalten, der sich von dem radial nach außen verbreiterten Ende des Zylinderabschnitts 16 außen im Wesentlichen in Axialrichtung in Richtung des Bodens 14 des Gebläselaufrads 18 erstreckt. In dem gezeigten Fall erstreckt sich der verformbare Abschnitt 30a im Wesentlichen kegelstumpfförmig, während er sich in dem in 3 gezeigten Fall im Wesentlichen axial erstreckt und somit einen Zylinderabschnitt bildet. Die Erstreckung in Axialrichtung kann einige Millimeter betragen.
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In jedem Fall ist der verbleibende Spalt 32a im Ruhezustand, wie in den 1 und 3 gezeigt, deutlich größer als der verkleinerte Spalt 32b, der sich bei Drehung des Gebläselaufrads 18 ergibt und in den 2 und 4 zu erkennen ist. Die in diesen Figuren gezeigte Form ergibt sich in Folge der Drehung des Gebläselaufrads und der dadurch hervorgerufenen Zentrifugalkräfte, ggf. in Kombination mit Gaskräften. Gemäß 2 wird dies durch eine deutlich flachere Kegelstumpfform erreicht. In 4 ist zu erkennen, dass der im Ruhezustand zylindrische Abschnitt sich derart radial nach außen verformt hat, dass er nahezu einen Kreisring bildet und für eine weitgehende Abdichtung zu dem radial äußeren Schenkel des U-förmigen Kanals des Gehäuses 18 sorgt.
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Wie in 5 angedeutet ist, kann die notwendige Verformung von dem in 1 bzw. 3 gezeigten Zustand zu dem in 2 bzw. 4 gezeigten Zustand dadurch begünstigt werden, dass der verformbare Abschnitt 33 zahlreiche Ausschnitte 36 aufweist. Wie gezeigt können die beschriebenen Ausschnitte V-förmig sin, und zwischen jeweils zwei Ausschnitten können einige mm Außenrand des verformbaren Abschnitts verbleiben.
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Durch die Abschnitte 36 wird die Abdichtwirkung im verformten Zustand etwas beeinträchtigt, wenngleich der in 5 angedeutete verformbare Abschnitt mit besonders einfachen Werkzeugen herzustellen ist.
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Gemäß 6 wird die Abdichtwirkung verbessert, indem zahlreiche verformbare Abschnitte 34 vorgesehen sind, die sich teilweise überlappen, was kompliziertere Werkzeuge mit sich bringt. In jedem Fall konnte bei ersten Berechnungen festgestellt werden, dass sich eine spürbare Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrad ergibt. Die mehreren verformbaren Abschnitte können in Umfangsrichtung einige Millimeter bis wenige Zentimeter lang sein, und die Überlappung im unverformten Zustand kann beispielsweise so bemessen sein, dass die Außenränder der zahlreichen Abschnitte im verformten Zustand im Wesentlichen aneinander angrenzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4917572 A [0003]
- JP 2014077380 A [0003]
- EP 1178215 A1 [0003]
- DE 19903359 A1 [0003]
- JP 2000201590 A [0003]
