CN108368853A - 用于轴流式风扇的风扇叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轴流式风扇的用于产生冷却空气流的风扇叶轮(2)，优选地用于车辆散热器，包括轮毂(7)，多个叶片(8)从所述轮毂(7)延伸，其中，每个叶片(8)在径向内侧具有与轮毂(7)连接的叶片根部(13)，并且在径向外侧具有远离轮毂(7)的叶片顶端(14)，其中，每个叶片(8)具有面向风扇叶轮(2)的压力侧(16)的叶片前侧(17)、面向风扇叶轮(2)的吸入侧(15)的叶片后侧(18)以及位于垂直于径向方向(12)延伸的横截平面(20)中的横向剖面(19)，并且其中，每个叶片(8)在横向剖面(19)中具有横向曲率(21)，使得叶片前侧(17)在横向剖面(19)中朝向压力侧(16)凹入地弯曲，而叶片后侧(18)在横向剖面(19)中朝向吸入侧(15)凸出地弯曲。如果叶片(8)的横向剖面(19)的横向曲率(21)从径向地位于叶片根部(13)与叶片顶端(14)之间的叶片中心区域(24)到叶片顶端(14)减小，可以使风扇叶轮(2)的操作稳定。

Description

用于轴流式风扇的风扇叶轮
技术领域
本发明涉及一种用于轴流式风扇的用于产生冷却空气流的风扇叶轮，优选地用于车辆散热器，具有权利要求1的前序部分所述的特征。本发明还涉及一种配备有这种风扇叶轮的轴流式风扇。
背景技术
从DE102010042325A1知晓一种风扇叶轮，其具有多个叶片从其延伸的轮毂。每个叶片在径向内侧具有与轮毂连接的叶片根部，并且在径向外侧具有远离轮毂的叶片顶端。此外，每个叶片具有面向风扇叶轮的压力侧的叶片前侧、面向风扇叶轮的吸入侧的叶片后侧以及位于垂直于径向方向延伸的横截平面中的横向剖面。叶片的横向剖面中分别具有在下文中被称为横向曲率(transverse curvature)的曲率。横向曲率使得叶片前侧朝向横向剖面中的压力侧凹入地弯曲，而叶片后侧朝向横向剖面中的吸入侧凸出地弯曲。
配备有这种风扇叶轮的轴流式风扇可以具有配备有壳体的风扇盖或风扇罩。在安装状态下，风扇盖形成流动通道，该流动通道从车辆散热器通向同轴地布置在壳体中的风扇叶轮，使得壳体在周向方向上包围或围绕风扇叶轮。在壳体与风扇叶轮的叶片顶端之间径向地形成径向间隙，以防止碰撞。已经发现，通过在轴流式风扇的运行期间的高效的风扇叶轮，在风扇叶轮的吸入侧与压力侧之间出现相对大的压力差。在此，可以在叶片上发生的是，穿过所述径向间隙，在相应的叶片顶端周围，从前侧到后侧发生间隙流动。在安装情况和当前运行状态的不利组合的情况下，该间隙流动可能导致风扇叶轮变得不稳定。由于不稳定的风扇叶轮，可能在限定风扇叶轮的旋转速度和输送能力之间的关联的特性内带来噪声发展和/或偏差。
发明内容
本发明涉及分别针对上述类型的风扇叶轮或配备有该风扇叶轮的轴流式风扇指出改进的实施方案的问题，其以风扇叶轮的改进的稳定性为特征。
根据本发明，该问题是通过独立权利要求的主题来解决的。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
本发明基于这样的总体思想，即至少在风扇叶轮的一个叶片(优选地所有叶片)的情况下，减小叶片顶端的区域中的横向剖面的横向曲率。已经发现，叶片顶端的区域中的横向曲率的减小减小了叶片顶端处的叶片前侧与叶片后侧之间的压力差，由此阻止了不期望的间隙流的形成。由于叶片的横向曲率对风扇叶轮的输送能力有显著的影响，因此叶片顶端的区域中的曲率的减小伴随着输送能力的损失。为了补偿该损失，本发明还提出了扩大径向地位于叶片根部与叶片顶端之间的叶片中心区域中相应叶片的横向曲率。为了防止叶片前侧和/或叶片后侧的路线中在空气动力学上的不利的跳跃(jump)，本发明最后提出了配置横向曲率，使得其从叶片中心区域到叶片顶端减小。有利地，横向曲率在此连续地下降。因此，理想地，可以设置风扇叶轮，其一方面显示了有效的输送能力，而另一方面，其以不稳定性降低为特征。
在本文中，“径向方向”、“轴向方向”和“周向方向”适用于风扇叶轮的旋转轴线。旋转轴线限定轴向方向，即轴向方向平行于旋转轴线延伸。径向方向垂直于轴向方向，并且周向方向围绕旋转轴线垂直于径向方向旋转。
横向曲率从叶片中心区域到叶片根部可以是恒定的，或者也可以减小。因此，从叶片根部到叶片顶端的横向曲率可以一直到叶片中心区域是恒定的，然后到叶片顶端减小，或者可以只到叶片中心区域增加，然后到叶片顶端减小。只要横向曲率从叶片中心区域到叶片根部减小，该减小就会向内比从叶片中心区域到叶片顶端的设置的向外减小更小。换句话说，在这种情况下，叶片顶端处的横向曲率小于叶片根部处的横向曲率。
另外，叶片具有面向吸入侧的前缘、面向压力侧的后缘以及纵向剖面，该纵向剖面位于平行于径向方向延伸的纵剖平面中。在传统的风扇叶轮中，该纵向剖面通常分别是非弯曲的或者构造成直线的。与此相对，本发明的有利的实施方案提出，至少一个叶片，优选地每个叶片，在纵向剖面中具有曲率，该曲率在下文中表示为纵向曲率。该纵向曲率被构造成使得叶片后侧朝向吸入侧凸出地弯曲。已经发现，以此方式，一方面，可以以简化的方式实现从叶片中心区域到叶片顶端的横向曲率的期望的减小。另一方面，该几何形状还有助于降低叶片顶端的区域中的前侧与后侧之间的压力差，其还阻止了不希望的径向流的形成。
在有利的进一步发展中，叶片前侧可以在纵向曲率的区域中朝向压力侧凹入地弯曲。该设置还一方面有助于从叶片中心区域到叶片顶端的横向曲率的减小，另一方面有助于叶片顶端的区域中叶片前侧与叶片后侧之间的压力差的减小。
在另一有利的进一步发展中，纵向曲率可以至少从叶片中心区域延伸至叶片顶端。因此，上述效应被强化。
基本上，该纵向曲率可以在各个叶片的整个径向长度上延伸，因此实际上从叶片根部延伸至叶片顶端。然而，其中纵向曲率仅从叶片中心区域延伸至叶片顶端的实施方案是优选的。然后，进一步的发展是特别有利的，其中纵向剖面从叶片中心区域到叶片根部在叶片后侧上和/或叶片前侧上分别以非弯曲或直线的方式延伸。该结构形状基于以下考虑，即当纵向曲率仅从叶片中心区域延伸至叶片顶端时，已经产生了纵向曲率对间隙流减少的有利影响。结合从叶片中心区域到叶片根部的纵向剖面的分别为非弯曲或直线的构造，风扇叶轮的效率因此可以在其输送能力方面得到改善。
在另一有利的实施方案中，纵向曲率可以至少在横向剖面的中心区域中延伸，该中心区域在前缘和后缘之间位于横向轮廓中。由此，特别清楚地产生借助于纵向曲率的预期效果。在中心区域中，纵剖平面基本上垂直于轴向方向延伸，其中措辞“基本上”允许偏离垂直布置±15°。
根据另一有利的实施方案，可以设置成纵向曲率仅在横向剖面的中心区域中延伸，该中心区域在前缘与后缘之间位于横向轮廓中。通过这种设置，可以减少在前缘区域中和/或在后缘区域中的不利影响，这可能是由这种纵向曲率造成的。
在另外的实施方案中，可以设置成横向曲率的曲率半径从叶片中心区域到叶片顶端增加。有利地，曲率半径在此分别连续地或恒定地增加。例如，曲率半径可以从叶片中心区域到叶片顶端在5％到20％的范围内增加。优选地，曲率半径从叶片中心区域到叶片顶端在5％到10％的范围内增加。
叶片中心区域在径向内侧与叶片根部隔开，并且在径向外侧与叶片顶端隔开，并且有利地在叶片根部与叶片顶端之间径向居中地布置。叶片中心区域在此可以在在径向方向上测量的叶片长度的最多一半，优选地最多三分之一上延伸。这意味着从叶片中心区域延伸至叶片顶端的相应叶片的外部区域(径向上位于外部)在叶片长度的至少四分之一上延伸。在该外部区域中，横向剖面中存在径向向外减小的横向曲率。
因此，外部区域最多在叶片长度的75％上延伸。优选地，外部区域在叶片长度的40％至60％，尤其是约50％上延伸。
在另一有利的实施方案中，设置成所有叶片以独立的方式从轮毂延伸。这意味着除了经由轮毂之外，叶片并不彼此连接。特别地，不设置将相邻叶片的叶片顶端彼此连接的覆盖带。
根据本发明的轴流式风扇适合于产生用于车辆散热器的冷却空气流并且配备有上述类型的风扇叶轮。另外，轴流式风扇具有风扇罩或风扇盖，其具有在周向方向上包围风扇叶轮的壳体。在此，风扇盖和风扇叶轮相对于彼此布置，使得在壳体与叶片顶端之间径向地形成径向间隙。
本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及借助于附图的相关附图描述中得出。
应当理解的是，上述特征以及下面进一步解释的特征不仅可以应用于每种情况中指定的组合，而且还可以应用于其他组合或者单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方案在附图中示出，并且在以下描述中进一步解释，其中相同的附图标记指示相同或相似或功能相同的组件。
分别示意性地示出，
图1是轴流式风扇的风扇叶轮的吸入侧的等距局部视图，
图2是在叶片的区域中的风扇叶轮的吸入侧的等距视图，
图3是风扇叶轮的吸入侧的等距完整视图，
图4是在叶片的区域中的风扇叶轮的轴向侧的轴向视图，
图5是根据图4中的剖面线V的图4的叶片的横截面，
图6是根据图4中的剖面线VI的图4的叶片的横截面。
具体实施方式
根据图1，仅部分示出的轴流式风扇1包括风扇叶轮2和风扇盖3，借助于该轴流式风扇，可以为车辆散热器产生冷却空气流。在轴流式风扇1的安装状态下，也可以被称为风扇罩的风扇盖3将借助于风扇叶轮2产生的冷却空气流从车辆散热器引导至风扇叶轮2。风扇罩3具有壳体4，该壳体在图1中以双箭头指示的周向方向5上包围风扇叶轮2。在壳体4与风扇叶轮2之间径向地形成径向间隙6。
如特别地从图3中可见的，风扇叶轮2具有轮毂7和基本上径向地从轮毂7突出的多个叶片8。带有轮毂7和叶片8的风扇叶轮2可以通过一体注塑成型部件(one-pieceinjection-moulded part)由塑料或金属，尤其是轻金属制成。
风扇叶轮2具有纵向中心轴线9，风扇叶轮2相对于该纵向中心轴线旋转对称地构造。在风扇叶轮2的安装状态下，纵向中心轴线9形成风扇叶轮2的旋转轴线10。该旋转轴线10限定轴向方向11，其在图中以双箭头指示。径向方向12垂直于旋转轴线10延伸，其在附图中分别针对各个叶片8以双箭头指示。周向方向5也与旋转轴线10有关。
根据图1至图4，每个叶片8在径向内侧具有与轮毂7连接的叶片根部13，并且在径向外侧具有远离轮毂7的叶片顶端14。风扇叶轮2具有吸入侧15，其面向图1至图4中的观察者。在安装状态下，该吸入侧15面向车辆散热器。此外，风扇叶轮2具有压力侧16，其背离图1至图4中的观察者。压力侧16和吸入侧14形成风扇叶轮2的彼此背离的轴向侧。
每个叶片8具有面向压力侧16的叶片前侧17和面向吸入侧15的叶片后侧18。另外，每个叶片8具有横向剖面19，其在图1至图4中分别针对至少一个叶片8以虚线指示，并且其位于在图4中以虚线指示的横截平面20中。横截平面20在此垂直于径向方向12延伸。在图5和图6中，也可以看到这种横向剖面19。在图5和图6中，横截平面20位于图的平面中。
此外，每个叶片8在横向剖面19中具有横向曲率21。该横向曲率21使得各个叶片前侧17在横截剖面19中朝向压力侧16凹入地弯曲。同时，各个叶片后侧18在横截剖面19中朝向吸入侧15凹入地弯曲。
因此，根据图1，径向间隙6径向地位于壳体4与相应的叶片顶端14之间。因此，在轴流式风扇1的操作期间，通过风扇叶轮2旋转，穿过径向间隙6可以产生间隙流22，其在图1中通过流向箭头以简化的方式指示。风扇叶轮2的旋转方向在此以箭头23指示。
为了在风扇叶轮2的操作期间分别使这些间隙流22减小或者最小化，对于叶片8进行这样的设置，使得横向剖面19的横向曲率21从叶片中心区域24到叶片顶端14减小。该叶片中心区域24在此径向地位于叶片根部13与叶片顶端14之间。在叶片顶端14的方向上减小的横向曲率21可以在图2和图4至图6中以特定的方式看到。因此，图5示出了根据图4的剖面线V的剖视图，其对应于叶片中心区域24中的叶片8的横截面。与此相比，图6示出了根据图4中的剖面线的横截面，其位于叶片顶端14的区域中。因此，在根据图5的横截面的横向剖面19中，横向曲率21显著地比根据图6的横截面的横向剖面19中的大。因此，特别地，图5的横向剖面19中的曲率半径25比图6的横向剖面19中的小。曲率半径25越大，横向曲率21越小。
在图5和图6中，根据本发明的横向剖面19通过填充的黑色轮廓描绘。与此相比，传统的横向剖面19’在图5和图6中通过阴影轮廓示出，该阴影轮廓具有从叶片中心区域24到叶片顶端14的恒定的横向曲率21和恒定的曲率半径25。在叶片中心区域24中，这里呈现的根据图5的横向剖面19中的曲率21明显地比传统的横向剖面19’更显著。与此相反，根据图6，在在此呈现的横向剖面19中，曲率21不如在传统横向剖面19’中的显著。
通过在叶片顶端14的区域中的减小的横向曲率19，可以减小前面提到的间隙流22。间隙流22的减小增加了风扇叶轮2在运行中的稳定性。叶片中心区域24中的横向曲率19的增加补偿了风扇叶轮2的效率的下降，这通过叶片顶端14的区域中的减小的横向曲率19来实现。
根据图1至图4，每个叶片8具有面向吸入侧15的前缘26、面向压力侧16的后缘27以及纵向剖面28，该纵向轮廓在图1至图4中分别针对至少一个叶片8以虚线指示。纵向剖面28在此位于纵剖平面29中，其在图4中以虚线指示并且其平行于径向方向12延伸。
如从图2和图3可以看出，叶片8在此还在纵向剖面28中分别配备有纵向曲率30。该纵向曲率30使得相应的叶片后侧18朝向吸入侧15凸出地弯曲。为了使该凸纵向曲率30相对于吸入侧清楚，在叶片后侧18上，分别在图2和图3中以虚线画出比较直的线31，其表示在相应的纵向剖面28中的非弯曲的直线型叶片后侧18的路线。此外，在图2中，用虚线指示轮廓32，其存在于传统叶片8的叶片顶端14的区域中，其中一方面，在纵向剖面28中没有设置纵向曲率30，并且其中另一方面，横向曲率21从叶片中心区域24到叶片顶端14是恒定的。
有利地，叶片前侧17在纵向曲率30的区域中朝向压力侧16凹入地弯曲。
在在此示出的示例中，纵向曲率30仅从叶片中心区域24延伸至叶片顶端14。另外，在在此示出的示例中，设置成纵向剖面28至少在叶片后侧18上以直线的方式从叶片中心区域24延伸至叶片根部13。此外，在此设置成，纵向曲率30至少在横向剖面19的中心区域33中延伸。该中心区域33在此在前缘26与后缘27之间位于横向剖面19中。在此，其中纵向曲率30仅在该中心区域33中延伸的实施方案是优选的。
叶片中心区域24最大限度地延伸超过图2中指示的并以35表示的径向测量的叶片长度的50％，并且在径向方向12上布置在叶片根部13与叶片顶端14之间的中心处。因此，图2所示的外部区域34在此在叶片中心区域24处开始并向上延伸至叶片顶端14，其中外部区域34包括叶片顶端14。在该外部区域34中，在横向剖面19中包含减小的横向曲率21。另外，优选地，在该外部区域34中形成纵向曲率30。该外部区域23延伸超过在径向方向12上测量的叶片长度35的至少25％。外部区域34可以最大限度地占叶片长度35的50％。那么，叶片中心区域34精确地位于叶片长度35的50％的中心中。
如尤其从图3可见，所有叶片8以独立的方式布置，使得它们仅经由轮毂7彼此连接。

Claims (15)

1.一种用于轴流式风扇(1)的用于产生冷却空气流的风扇叶轮，优选地用于车辆散热器，
-包括轮毂(7)，多个叶片(8)从所述轮毂(7)延伸，
-其中，每个叶片(8)在径向内侧具有与所述轮毂(7)连接的叶片根部(13)，并且在径向外侧具有远离所述轮毂(7)的叶片顶端(14)，
-其中，每个叶片(8)具有面向所述风扇叶轮(2)的压力侧(16)的叶片前侧(17)、面向所述风扇叶轮(2)的吸入侧(15)的叶片后侧(18)以及位于垂直于所述径向方向(12)延伸的横截平面(20)中的横向剖面(19)，
-其中，每个叶片(8)在横向剖面(19)中具有横向曲率(21)，使得所述叶片前侧(17)在所述横向剖面(19)中朝向所述压力侧(16)凹入地弯曲，而所述叶片后侧(18)在所述横向剖面(19)中朝向所述吸入侧(15)凸出地弯曲，
其特征在于，
至少一个叶片(8)的所述横向剖面(19)的所述横向曲率(21)从径向地位于所述叶片根部(13)与所述叶片顶端(14)之间的叶片中心区域(24)到所述叶片顶端(14)减小。
2.根据权利要求1所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(21)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片根部是恒定的。
3.根据权利要求1所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(21)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片根部(13)减小。
4.根据权利要求3所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(21)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片顶端(14)比从所述叶片中心区域(24)到所述叶片根部(13)更明显地减小。
5.根据权利要求3或4所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(21)在所述叶片顶端(14)处比在所述叶片根部(13)处小。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
-每个叶片(8)具有面向所述吸入侧(15)的前缘(26)、面向所述压力侧(16)的后缘(27)以及纵向剖面(28)，所述纵向剖面(28)位于平行于所述径向方向(12)延伸的纵剖平面(29)中，
-至少一个叶片(8)在所述纵向剖面(28)中具有纵向曲率(30)，使得所述叶片后侧(18)朝向所述吸入侧(15)凸出地弯曲。
7.根据权利要求6所述的风扇叶轮，
其特征在于，
在所述纵向剖面(28)中，所述叶片前侧(17)在所述纵向曲率(30)的区域中朝向所述压力侧(16)凹入地弯曲。
8.根据权利要求6或7所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述纵向曲率(30)至少从所述叶片中心区域(24)延伸至所述叶片顶端(14)。
9.根据权利要求6至8中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述纵向曲率(30)仅从所述叶片中心区域(24)延伸至所述叶片顶端(14)，而所述纵向剖面(28)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片根部(13)至少在所述叶片后侧(18)上是直线的。
10.根据权利要求6至9中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述纵向曲率(30)至少在所述横向剖面(19)的中心区域(33)中延伸，所述中心区域(33)在所述前缘(26)与所述后缘(27)之间位于所述横向剖面(19)中。
11.根据权利要求6至9中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述纵向曲率(30)仅在所述横向剖面(19)的中心区域(33)中延伸，所述中心区域(33)在所述前缘(26)和所述后缘(27)之间位于所述横向剖面(19)中。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(19)的曲率半径(25)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片顶端(14)增加。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所述横向曲率(19)的曲率半径(25)从所述叶片中心区域(24)到所述叶片根部(13)增加。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的风扇叶轮，
其特征在于，
所有所述叶片(8)以独立的方式从所述轮毂(7)延伸。
15.一种用于产生用于车辆散热器的冷却空气流的轴流式风扇，
-包括根据权利要求1至14中的一项所述的风扇叶轮(2)，
-具有风扇盖(3)，所述风扇盖(3)具有在周向方向(5)上包围所述风扇叶轮(2)的壳体(4)，
-其中，在所述壳体(4)与所述叶片顶端(14)之间径向地形成径向间隙(6)。
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