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Die
Erfindung betrifft eine Gebläseanordnung,
insbesondere zur Belüftung
eines Kraftfahrzeuginnenraums, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Eine
Gebläseanordnung
ist aus der
DE 35 20 548
C2 als Bestandteil einer Klimaanlage für einen Personenkraftwagen
bekannt. Die bekannte Gebläseanordnung
weist ein Radialgebläse
auf, das Umgebungsluft ansaugt und einen Luftstrom erzeugt, der
durch einen stromabwärts
angeordneten Wärmetauscher
hindurchgeführt
wird. Zwischen der Austrittsöffnung,
des Radialgebläses
und dem Wärmetauscher
ist hierbei ein Diffusor angeordnet, der aus einem Rohrelement besteht,
dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung
erweitert und die Aufgabe hat, den relativ kleinen Austrittsquerschnitt
des Radialgebläses
an den wesentlich größeren Durchtrittsquerschnitt
des Wärmetauschers
anzupassen. Insbesondere in einem Personenkraftwagen ist das zur
Verfügung
stehende Bauvolumen jedoch stark begrenzt, so dass der Diffusor
einen relativ großen Öffnungswinkel
hat und den Strömungsquerschnitt
auf einer kurzen Strecke sehr stark erweitert.
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Zum
einen kann dies zu einer ungleichmäßigen Durchströmung des
Wärmetauschers
führen, wobei
die Randbereiche schwächer durchströmt werden
als der mittlere Teil, was einen verringerten Wirkungsgrad des Wärmetauschers
zur Folge hat.
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Zum
anderen können
sich durch die starke Aufweitung des Strömungsquerschnitts im Diffusor Rückströmungen ausbilden,
die neben der bereits genannten ungleichmäßigen Durchströmung des Wärmetauschers
zu einer erhöhten
Geräuschbildung führen.
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Zur
Vermeidung dieser störenden
Effekte weist die bekannte Gebläseanordnung
eine Gitterwand auf, die im Diffusor quer zur Strömungsrichtung angeordnet
ist und so die Ausbildung von Rückströmungen verhindert.
Zwischen der Gitterwand und den Wänden des Diffusors verbleibt
hierbei außen ein
Teil des Strömungsquerschnitts
frei, wodurch die Durchströmung
in den Randbereichen gefördert
wird, was zu einer annähernd
gleichmäßigen Durchströmung des
gesamten Querschnitts führt.
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Nachteilig
bei dieser bekannten Gebläseanordnung
ist jedoch, dass der Strömungswiderstand des
Diffusors durch die Gitterwand erhöht wird, so dass für einen
vorgegebenen Volumenstrom eine größere Gebläseleistung erforderlich ist.
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Aus
der
US 3,387,647 ist
eine Gebläseanordnung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Im Inneren
des Strömungskanals
bildet sich wandnah eine Grenzschicht mit einem starken Geschwindigkeitsgefälle und
großen Schubspannungen,
da die wandnahen Fluidteilchen an der Wandung des Strömungskanals
haften. Diese Grenzschicht wird mindestens teilweise im freien Strömungsbereich
des Strömungskanals
durch eine Öffnung
in der Wandung des Strömungskanals
abgesaugt, um eine Strömungsablösung zu
verhindern und eine gleichmäßige Erweiterung
des Strömungsquerschnitts
zu erreichen.
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Die
Absaugöffnungen
sind hierbei in einem Kanalelement des Strömungskanals angeordnet, der von
Strömungsablösungen bedroht
ist, was beispielsweise im Bereich der Querschnittserweiterung eines
Diffusors der Fall ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gebläseanordnung der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, bei der Rückströmungen im Strömungskanal
weitestgehend vermieden werden, ohne den Strömungswiderstand wesentlich
zu erhöhen,
um eine gleichmäßige Strömung über den
gesamten Querschnitt zu erreichen.
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Die
Aufgabe wird mit einer Gebläseanordnung
gelöst,
die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Durch
die unterschiedlichen Querschnitte werden unterschiedliche Unterdrücke erzeugt,
mit denen die Grenzschicht optimal abgesaugt werden kann.
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In
einer Variante der Erfindung weist der Strömungskanal ein Winkelstück auf,
das der Strömung
eine Richtungsänderung
aufzwingt, was an der relativ stark gekrümmten kurveninneren Wandung
zu Strömungsablösungen führen kann.
Die Absaugöffnungen
sind in diesem Fall vorzugsweise in der kurveninneren Wandung des
Winkelstücks
angeordnet. Das erfindungsgemäße Prinzip
der Grenzschichtabsaugung in Gebläseanordnungen ist jedoch nicht
auf die Anwendung in Winkelstücken
oder Diffusoren beschränkt,
sondern läßt sich überall dort
realisieren, wo sich eine geführte
Strömung
von der Wandung löst
und ein sogenannter Totwasserbereich entsteht.
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Der
zur Absaugung der Grenzschicht erforderliche Unterdruck wird hierbei
durch den Ansaugbereich vor dem Gebläse bereitgestellt, da der statische
Druck vor dem Gebläse
geringer ist als hinter dem Gebläse.
Hierzu ist ein Rohr vorgesehen, das mit der Öffnung in der Wandung des Strömungskanals
verbunden ist und in den Ansaugbereich vor dem Gebläse mündet. Der
Begriff Rohr ist hierbei allgemein zu verstehen und nicht auf starre
Rohrleitungen beschränkt,
sondern umfaßt
beispielsweise auch flexible Schläuche. Auch läßt sich
die Erfindung nicht nur mit den eingangs erwähnten Radialgebläsen realisieren,
sondern eignet sich auch für
Gebläseanordnungen
mit Axialgebläsen
oder anderen Typen von Gebläsen.
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Weiterhin
sind auch verschiedene Ausgestaltungen des vor dem Gebläse befindlichen
Ansaugbereiches möglich,
der beispielsweise aus einem Ansaugrohr oder einem Ansauggehäuse bestehen
kann. Es wäre
sogar denkbar, ein Gehäuse
vor dem Gebläse
gänzlich
wegzulassen und das zur Absaugung der Grenzschicht dienende Rohr
lediglich in dem Ansaugbereich mit geringem Druck offen münden zu
lassen. Entscheidend ist somit lediglich, daß das Absaugrohr mit seiner
Mündung
im Bereich des durch das Gebläse
erzielten Unterdrucks liegt, so daß die Grenzschicht aufgrund
der Druckdifferenz abgesaugt wird.
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Besonders
vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß mit zunehmender
Gebläseleistung
und einer damit verbundenen erhöhten
Gefahr von Strömungsablösungen auch
das Druckgefälle
zwischen Diffusor bzw. Winkelstück
und Ansaugrohr zunimmt, so daß sich
die Intensität
der Grenzschichtabsaugung automatisch an die Strömungsgeschwindigkeit und die
Gefahr von Strömungsablösungen anpaßt.
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Die
erfindungsgemäße Gebläseanordnung ist
nicht auf die vorstehend beschriebene Realisierung in einer Klimaanlage
für einen
Personenkraftwagen beschränkt,
sondern läßt sich überall dort
verwenden, wo durch ein Gebläse
eine Strömung
eines gasförmigen
Fluids erzeugt wird und hinter dem Gebläse ein Diffusor angeordnet
ist, der den Strömungsquerschnitt
erweitert, wodurch Strömungsablösungen auftreten
können.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführung
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 als
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung eine Gebläseanordnung
in schematisierter Darstellung,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Gebläseanordnung
mit mehreren Rohren zur Absaugung der Grenzschicht im Diffusor,
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3 eine
erfindungsgemäße Gebläseanordnung,
bei der sich das Rohr zur Grenzschichtabsaugung diffusorseitig in
drei Rohrenden gabelt,
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4a–4c vorteilhafte
Ausbildungen des Ansaugrohrs im Mündungsbereich der Rohre für die Grenzschichtabsaugung,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Gebläseanordnung
in schematischer Darstellung.
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Die
in 1 in schematisierter Darstellung gezeigte Gebläseanordnung
ist Bestandteil einer Klimaanlage für einen Personenkraftwagen
und dient zur Anströmung
eines Wärmetauschers 1,
der in herkömmlicher
Weise aufgebaut ist und eine Vielzahl von dünnen Rohrleitungen aufweist,
die von einem Kältemittel
durchströmt
werden, wobei der Luft zur Verdampfung des Kältemittels im Wärmetauscher 1 Wärme entzogen
wird.
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Zur
Anströmung
des Wärmetauschers 1 weist
die Gebläseanordnung
ein Radialgebläse 2 auf,
das von einem bordnetzgespeisten Elektromotor angetrieben wird und über ein
Ansaugrohr 3 mit rechteckigem Querschnitt Umgebungsluft
ansaugt. Ausgangsseitig ist das Radialgebläse 2 über ein
Rohr 4 mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt mit einem Diffusor 5 verbunden,
der die Aufgabe hat, den relativ kleinen Austrittsquerschnitt des
Radialgebläses 2 an den
Durchtrittsquerschnitt des Wärmetauschers 1 anzupassen,
der wesentlich größer ist,
um eine gute Wärmeableitung
von der vorbeiströmenden
Luft auf das Kältemittel
zu erreichen. Der Diffusor 5 besteht hierzu im wesentlichen
aus einem rechteckigen Rohr, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung
bis auf den Durchtrittsquerschnitt des Wärmetauschers 1 erweitert,
der somit auf seiner gesamten Stirnfläche angeströmt wird.
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Im
Inneren des Diffusors 5 bildet sich hierbei wandnah eine
Grenzschicht mit starken Geschwindigkeitsgefällen und großen Schubspannungen
aus, da die in unmittelbarer Nähe
der Wandung befindlichen Luftteilchen an der Wandung haften. Diese Grenzschicht
wird abgesaugt, um eine Strömungsablösung zu
verhindern, die eine ungleichmäßige Anströmung des
Wärmetauschers 1 mit
einer entsprechenden Verringerung des Wirkungsgrads zur Folge hätte und
darüber
hinaus zu einer erhöhten
Geräuschbildung
führen
würde.
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Zur
Absaugung der Grenzschicht sind in der Wandung des Diffusors 5 sowohl
an der Oberseite als auch an der Unterseite mehrere schlitzförmige Öffnungen 6 gleicher
Breite angebracht, die sich jeweils quer zur Strömungsrichtung über nahezu
die gesamte Breite des Diffusors 5 erstrecken und äquidistant
angeordnet sind. Sämtliche Öffnungen 6 befinden
sich hierbei in der entgegen der Strömungsrichtung gelegenen Hälfte des
Diffusors 5, da die Gefahr von Strömungsablösungen dort besonders groß ist.
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Der
zur Absaugung der Grenzschicht erforderliche Unterdruck wird hierbei
durch das Ansaugrohr 3 bereitgestellt, das hierzu in seiner
Wandung an der Oberseite und an der Unterseite jeweils eine Öffnung aufweist,
in die jeweils rechtwinklig zur Wandung ein dünnes Rohr 7.1, 7.2 mündet. Die
andere Mündung
des Rohres 7.1, 7.2 ist trichterförmig erweitert
und von außen
auf die Wandung des Diffusors 5 aufgesetzt, wobei sämtliche Öffnungen 6 in
der Wandung des Diffusors 5 von der Mündung des Rohres 7.1, 7.2 eingeschlossen
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist hierbei, daß bei
einer Erhöhung
der Gebläseleistung
und einer daraus resultierenden erhöhten Gefahr von Strömungsablösungen in
dem Diffusor 5 auch das Druckgefälle zwischen dem Diffusor 5 und
dem Ansaugrohr 3 zunimmt, wodurch die Intensität der Grenzschichtabsaugung
gesteigert wird, was einer Strömungsablösung entgegenwirkt.
Die Intensität
der Grenzschichtabsaugung paßt
sich also automatisch an die Gebläseleistung und die Strömungsgeschwindigkeit
an.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Gebläseanordnung,
die weitgehend mit der vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten
Gebläseanordnung übereinstimmt,
so daß für übereinstimmende
Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden und diesbezüglich auf
die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
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Der
wesentliche Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Gebläseanordnung
besteht darin, daß zur
Absaugung der Grenzschicht an der Oberseite und an der Unterseite
des Diffusors 5 jeweils drei separate Rohre 8.1, 8.2, 8.3 bzw. 9.1, 9.2, 9.3 vorgesehen
sind, die jeweils mit einer schlitzförmigen Öffnung in der Wandung des Diffusors 5 verbunden
sind. Durch diese getrennte Rohrführung bietet sich die Möglichkeit,
die einzelnen Öffnungen
in der Wandung des Diffusors 5 entsprechend den aerodynamischen
Gegebenheiten mit unterschiedlichen Unterdrücken zu beaufschlagen. Hierzu
sind die einzelnen Rohre 8.1, 8.2, 8.3 bzw. 9.1, 9.2, 9.3 jeweils
mit Öffnungen
in der Wandung des Ansaugrohrs 3 verbunden, die sich in
verschiedener Entfernung zu dem Radialgebläse 2 befinden und
demzufolge unterschiedlichen statischen Drücken ausgesetzt sind, was entsprechend
diffusorseitig zu verschiedenen Unterdrücken führt. Die Lage und die Form
der Öffnungen
ist hierbei abhängig
von der Form des Diffusors 5 zu wählen, um eine optimale Wirkung
zu erreichen.
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3 zeigt
schließlich
eine weitere erfindungsgemäße Gebläseanordnung,
die ebenfalls weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmt,
so daß übereinstimmende
Bauteile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind und diesbezüglich auf
die vorstehende Beschreibung zu 1 verwiesen
wird.
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Der
wesentliche Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Gebläseanordnungen
besteht darin, daß von
dem Ansaugrohr 3 an der Oberseite und an der Unterseite
jeweils ein Rohr 10, 11 zur Grenzschichtabsaugung
ausgeht, das sich diffusorseitig in jeweils drei Rohrenden gabelt,
die jeweils in eine schlitzförmige Öffnung in
der Wandung des Diffusors 5 münden. Die einzelnen Rohrenden
weisen hierbei unterschiedlichen Innenquerschnitte auf, um die Intensität der Grenzschichtabsaugung
an den verschiedenen Öffnungen
in der Wandung des Diffusors 5 an die aerodynamischen Gegebenheiten
anzupassen.
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Die 4a bis 4c zeigen
eine vorteilhafte Ausbildungen des Ansaugrohrs 3 im Mündungsbereich
der Rohre 7.1, 7.2 für die Absaugung der Grenzschicht
im Diffusor. Bei der in 4a dargestellten
Variante münden
die Rohre 7.1a, 7.2a nicht direkt in der Wandung
des Ansaugrohrs 3, sondern sind jeweils durch die Öffnungen
in der Wandung des Ansaugrohrs 3 in das Ansaugrohr 3 hineingeführt und dort
in Strömungsrichtung
abgewinkelt, wodurch sich eine optimale Saugwirkung ergibt.
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Bei
der in 4b dargestellten Variante ist das
Ansaugrohr 3 im Mündungsbereich
der Rohre 7.1b, 7.2b für die Grenzschichtabsaugung
als Venturirohr geformt, wobei die Öffnungen in der Wandung des
Ansaugrohrs 3 im Bereich der Engstelle liegen. Durch die
Querschnittsverengung wird die Luftströmung im Bereich der Engstelle
beschleunigt, was entsprechend der Bernoullischen Gleichung zu einer Verringerung
des statischen Drucks an der Engstelle führt. Hierdurch wird das Druckgefälle zwischen
der Öffnung
in der Wandung des Diffusors und der Öffnung in der Wandung des Ansaugrohrs 3 erhöht und die
Grenzschichtabsaugung verstärkt.
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Dem
gleichen Ziel dient die in 4c dargestellte
Variante, bei der die zur Absaugung der Grenzschicht verwendeten
Rohre 7.1c, 7.2c von oben und unten durch die Öffnung in
der Wandung des Ansaugrohrs 3 in den Rohrinnenraum hineingeführt sind
und in der Rohrmitte zusammenlaufen, wobei ein in dem Ansaugrohr 3 stromabwärts axial
verlaufendes Rohrendstück
angeflanscht ist. Diese zentrale Anordnung der Austrittsstelle in
der Rohrmitte ist vorteilhaft, da die Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrmitte
am größten ist,
was entsprechend der Bernoullischen Gleichung zu einem minimalen
statischen Druck und damit zu einem maximalen Druckgefälle zwischen
Diffusor und Ansaugrohr 3 führt und somit die Grenzschichtabsaugung
verstärkt.
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5 zeigt
schließlich
eine weitere erfindungsgemäße Gebläseanordnung,
bei der die Grenzschichtabsaugung nicht – wie vorstehend beschrieben – in einem
Diffusor, sondern in einem Winkelstück eines Strömungskanals
erfolgt.
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Als
Gebläse
wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Radialgebläse 12 verwendet, dem
zum Ansaugen von Umgebungsluft stromaufwärts ein Ansaugrohr 13 vorgeordnet ist.
Ausgangsseitig ist das Gebläse 12 mit
einem Strömungskanal 14 verbunden,
der den von dem Gebläse 12 erzeugten
Luftstrom zunächst
einem Filter 15 und anschließend einem Verdampfer 16 zuführt, wobei
der Strömungskanal 14 nicht
geradlinig verläuft,
sondern mehrere Winkelstücke 17.1, 17.2, 17.3 aufweist,
die der Luftströmung
jeweils starke Richtungsänderungen
aufzwingen, was an den relativ stark gekrümmten kurveninneren Wandungen
der Winkelstücke 17.1, 17.2, 17.3 zu
Strömungsablösungen führen kann.
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In
diesen strömungsablösungsgefährdeten Bereichen
sind deshalb Öffnungen
in der Wandung der Winkelstücke 17.1, 17.2, 17.3 angeordnet,
durch welche die wandnahe Grenzschicht abgesaugt wird, wodurch Strömungsablösungen weitgehend
verhindert werden.
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Die
Absaugung der Grenzschicht erfolgt hierbei durch Rohrleitungen 18.1, 18.2, 18.3,
die mit den Öffnungen
in der Wandung der Winkelstücke 17.1, 17.2, 17.3 verbunden
sind und in dem Ansaugrohr 13 stromaufwärts vor dem Gebläse 12 münden, wo
ein geringerer Druck herrscht.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.