CN113217460A - 风扇叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇叶轮(1)，其具有轮毂(2)和从该轮毂上凸出的风扇叶片(4)。对于本发明至关重要的是：风扇叶片(4)在前缘(5)处具有S形轮廓；风扇叶片(4)在轮毂区域(6)处比在风扇叶片尖端(7)处更厚；在风扇叶片(4)的正面(8)上布置有通道(9)，所述通道在风扇叶片(4)的正面(8)上倾斜地延伸。由此，能够实现高功率且同时稳定的风扇叶轮(1)。

Description

风扇叶轮

技术领域

本发明涉及一种风扇叶轮，其具有轮毂和从所述轮毂上凸出的风扇叶片。此外，本发明还涉及一种具有这种风扇叶轮的风扇以及一种用于制造不同的这种风扇叶轮的方法。

背景技术

具有轮毂和从所述轮毂上沿径向方向凸出的风扇叶片的通用风扇叶轮已经是广泛已知的，并且例如被用在机动车辆的散热器上以用于冷却内燃机。除了较高的风扇功率之外，总是期望这种风扇叶轮具有较高的(至少足够的)稳定性，尤其是当所述风扇叶轮例如被安装在散热器的后方和机动车辆发动机室中的内燃机前方时。这里，风扇功率主要由风扇叶片的形状来决定，其中，由于无法获得为此所需的安装空间，因此不能够采用任意大小的风扇叶片来实现高风扇功率。

原则上，这种风扇叶轮或者其风扇叶片必须能够经受涉水行驶而不被损坏，尤其是不允许其与其它组件(例如散热器)接触而发生变形，并因此被损坏。

发明内容

因此，本发明涉及的问题是为通用类型的风扇叶轮提供改进的或至少替代的实施例，所述实施例尤其能够实现高风扇功率和风扇叶片的高稳定性。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于以下总体思想：通过在风扇叶轮的每个风扇叶片上设置基本上倾斜于径向方向延伸的通道而在其性能和其稳定性方面对风扇叶轮进行优化，其中，类似于车身部件中的通道卷边，所述通道起到对从轮毂流出的气流之一进行流体优化的作用，还起到对各个风扇叶片进行稳定的作用。这里，根据本发明的风扇叶轮以已知的方式具有轮毂和从所述轮毂凸出的风扇叶片。根据本发明，风扇叶片在轮毂区域上比在风扇叶片尖端处更厚，并且在风扇叶片的正面上具有前述的通道卷边状的通道，该通道在轮毂侧处比其在风扇叶片尖端处更加靠近前缘，并且因此倾斜地在吸入侧上延伸。另外，风扇叶片在前缘上具有S形轮廓。这里，术语“正面”应理解为是相应风扇叶片的吸入侧，而术语“背面”应理解为是相应的受压侧。通过前缘处的S形轮廓能够实现：明显更好地将待输送的空气分配到正面(吸入侧)上和背面(受压侧)上，由此能够提高本身的风扇功率。通过各个风扇叶片正面的通道形凹部，能够实现次级空气流在风扇叶片正面上的流出，其中，通过通道卷边状的凹部能够最大程度地避免从轮毂区域向外流动的次级空气流(侧流)和在轴向方向上流过风扇叶轮的首要空气流(主流)的交叉，由此能够实现相对较高的风扇功率，这是因为虽然首要和次级空气流相交叉，但是该交叉发生在不同的平面上，因此能够基本上排除相互之间的干扰。通过将轮毂处的根据本发明的风扇叶片设计得更厚，风扇叶片本身也能够被设计得更加稳定，因此不易受到例如在涉水行驶时可能发生的变形的影响。通过通道卷边和仅在轮毂侧的风扇叶片增厚能够因此整体上实现重量优化的(即变轻的)并且还极其稳定的风扇叶片，并且因此也实现了较容易地满足如下要求的风扇叶轮，即高风扇功率的要求和在涉水行驶时不超过特定变形的要求。布置在风扇叶片正面上的通道能够以相对容易的方式将次级空气流沿径向方向从轮毂区域中流动优化地引导出，从而降低前述的与首要空气流或主气流之间的碰撞风险。

在根据本发明的解决方案的有利的改进方案中，风扇叶片背面上的通道被形成为凸起部。由于风扇叶片本身被设计得较薄以便能够实现低重量并且同时具有高风扇功率，因此通道在风扇叶片的正面上被模压为正轮廓并且在风扇叶片的背面上被互补地模压为负轮廓。因此，在通道的区域中，风扇叶片是弧形的，其中，类似于车身上的通道卷边，这种弧形的形状提高了风扇叶片的刚性并因此也提高了风扇叶片的稳定性。

在根据本发明的解决方案的有利改进方案中，在每个风扇叶片的背面上布置有加强轮廓，在轮毂区域中，该加强轮廓的一端邻接前缘，而另一端邻接通过通道在风扇叶片背面上形成的凸起部。这种加强轮廓例如能够具有弯曲的外轮廓和至少一个基本上径向延伸的加强筋，该加强筋在内侧邻接轮毂并且在外侧邻接加强轮廓的外轮廓。当然，也能够设置更多个这样的加强筋。因此，加强轮廓利用其外缘，一方面使空气从轮毂偏转到风扇叶片的后缘，另一方面对风扇叶片加固，这附加地由至少一个径向延伸的加强筋加强或支撑。因此，加强轮廓附加地有助于对根据本发明的风扇叶轮进行稳定，尤其是对其风扇叶片进行稳定。

在根据本发明的解决方案的有利的改进方案中，外轮廓延伸穿过相应的风扇叶片背面上的凸起部并且终止于后凸起部边缘。在这种情况下，“后凸起部边缘”是指在风扇叶片的旋转方向上的后凸起部边缘。这里，外轮廓沿旋转方向在相应的凸起部的前面具有更大的轴向高度，从而对该区域中的风扇叶片进行加固。在后凸起部边缘的方向上，外轮廓相对于其轴向高度终止，使得其终止于风扇叶片背面的高度处的后凸起部边缘的区域中。通过外轮廓的这种逐渐终止能够形成尤其流动优化的形状。

在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，各个风扇叶片在其风扇叶片尖端处通过环彼此连接。这样的环在很大程度上对风扇叶轮进行了附加地加固，并且尤其是在涉水行驶时防止了单个风扇叶片弯曲，其然后可能例如与散热器接触并因此被损坏。这样的环例如能够被设计成是管状的或套筒状的，由此首要空气流几乎不受干扰，并且此外甚至次级空气流在风扇叶片的轴向方向上从环偏转，从而能够附加地提高风扇功率，其中，该次级空气流在风扇叶片尖端或后缘的方向上流过相应的风扇叶片正面处的通道。然而，这种环的优点尤其在于：通过相邻的风扇叶片来加强每个风扇叶片的稳定性。

在根据本发明的解决方案的有利的改进方案中，通道通过倒圆的边缘过渡到相应的风扇叶片的正面。这样的倒圆的边缘改善了空气动力学特性，这是因为流过它们上的气流不会突然改变其方向。

有利地，通道的宽度在风扇叶片的径向范围内是变化的，其中，通道的宽度尤其在相应的风扇叶片的中间位置是减小的。这样，能够实现空气动力学上的优点，同时能够提高通道中心区域(沿径向方向观察)的次级空气流的流速，同时由于通道宽度的增加，次级空气流的速度再次从通道中心朝向风扇叶片尖端减慢。如果同时在朝向风扇叶片尖端的方向上减小通道深度，则优选地能够在任何地方实现相同的次级空气流速度。

在根据本发明的解决方案的另一有利的实施例中，在轮毂区域中的通道深度大于在风扇叶片尖端区域中的通道深度。这样，在轮毂区域中，相对较多的次级空气流能够以较低的流速被引导通过相应风扇叶片的正面上，同时由于通道深度的减小，次级空气流的流速在朝向风扇叶片尖端的方向上增加。通过根据本发明所提供的通道，次级空气流的空气优选地通过后缘的至少大部分流出。因此，能够减小通过气体路径的通道的横截面面积(B*T)。因此能够将减小的通道深度设计成使得通道横截面在朝向风扇叶片尖端的方向上减小，进而能够至少在后缘的大部分上实现次级空气流通过后缘均匀地流出。此外，通道在轮毂区域中的更大的深度能够使在轮毂区域中通道对于风扇叶片的加固作用显着提高，附加地，该加固作用是通过布置在相应风扇叶片背面上的带有弯曲外轮廓和加强筋的加固轮廓来支撑的。

有利地，通道朝着风扇叶片的尖端逐渐变尖，这再次提供了空气动力学优点。

有利的是，风扇叶轮连同风扇叶片被形成为一件式的，尤其是形成为一件式塑料注塑件或金属件。在作为塑料注塑件的一件式设计的情况下，能够实现高质量、低成本且轻便的风扇叶轮，而在由金属制成的实施例中能够实现特别稳定的风扇叶轮。当然也能够想到的是，风扇叶轮是在轮毂区域中具有金属嵌体的复合组件。

本发明进一步基于以下总体思想：为不同的这种风扇叶轮给出合理的并且极其高效的制造方法，其中标准风扇叶轮被制造为塑料注塑件，并且根据所需功率(即风扇的功率或几何边界条件)来对每个风扇叶片的风扇叶片尖端处和/或后缘处进行修剪。这具有很大的优势，即能够为不同尺寸的风扇叶轮(关于直径)和/或关于不同的所需风扇功率来制造标准风扇叶轮，然后在所需直径减小或所需风扇功率减小时相应地对其进行修剪/加工。通过这种方式，仅需单个塑料注模模具即可制造不同尺寸的风扇叶轮，从而能够经济高效地制造各种风扇叶轮，因为基本上只需要制造单个“较大”风扇叶轮，就能够以此方式或在修剪状态下将其安装在各种风扇中。

此外，本发明还基于以下总体思想：将先前描述的风扇叶轮使用在例如用于冷却内燃机的风扇上，其中，该风扇叶轮能够例如由单独的驱动装置(尤其是电动机)来驱动，或者通过三角皮带由内燃机驱动。利用根据本发明的风扇能够将风扇叶轮的如下优点传递给所述风扇，即提高的风扇功率、提高的稳定性以及(如果需要的话)更小的结构空间需求。

本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及基于附图的附图说明中得出。

不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要说明的特征不仅能够以分别给出的组合使用，还能够以其他组合或单独使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的优选实施例，并且在下面的描述中对其进行详细说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的组件。

这里，分别示意性地：

图1示出了根据本发明的风扇叶轮的正视图，

图2示出了根据本发明的风扇叶轮的后视图，

图3示出了根据本发明的风扇叶轮的正面的斜视图，

图4示出了根据本发明的风扇叶轮的背面的斜视图，

图5-8示出了风扇叶轮的各个风扇叶片的不同视图，以说明几何关系，

图9示出了根据本发明的风扇叶轮的正面的另一视图，

图10示出了在各个风扇叶片的后缘处经过修剪的用于减小功率的风扇叶轮，

图11示出了根据图9的在直径上减小的风扇叶轮。

具体实施方式

根据图1至5和9至11，根据本发明的风扇叶轮1具有轮毂2和从所述轮毂上沿径向方向3凸出的风扇叶片。根据本发明的风扇叶片4在前缘5处具有S形轮廓(尤其是对比图5)，并且被形成为在轮毂区域6处比在风扇叶片尖端7处更厚。同时根据本发明，在相应的风扇叶片4的正面8上设置有通道9(参见图1、3、6、7以及9至11)，该通道在轮毂侧处比在风扇叶片尖端7处更加靠近前缘5，并因此在风扇叶片4的吸入侧或正面8上倾斜地延伸。

根据图1，在此形成的通道9以阴影线示出在风扇叶片4上，以说明其轮廓。这里不言而喻地，这样的通道9布置在风扇叶片4中的每一个上。借助于每个风扇叶片4上或至少一些风扇叶片4上的根据本发明而设计的这种通道9，能够实现两个主要的优点，即，一方面使相应的风扇叶片4得到加固，并因此提高其稳定性，另一方面，使次级空气流10转向，该次级空气流与首要空气流11交叉，但是该交叉发生在不同的平面上，即在通道9的凹部中，由此能够避免次级空气流10(即侧流)和首要空气流11(即主流)的直接碰撞。尤其是对于较高的风扇功率来说这具有很大优点，因为次级空气流10和首要空气流11(即主流)不像常规风扇叶片那样彼此交叉，并且由此降低空气输送功率。类似于机动车辆车身面板中的通道卷边，通过通道卷边状的通道9能够实现相应的风扇叶片4的加固，由此能够将其整体上设计得更薄并且因此更轻，但同时仍具有足够高的稳定性，尤其是在涉水行驶时，该稳定性能够避免风扇叶片4发生不希望的过度变形，在这种过度变形的情况下可能存在风扇叶片与冷却器或其他部件接触的危险，并能够因此使其被损坏。因此，根据本发明的通道9能够提高风扇功率并且能够提高风扇叶片4的稳定性。

如果观察相应的风扇叶片4或风扇叶轮1的背面12(如图2、4、5和8所示)，则能够看到，通道9在风扇叶片4的背面12上形成了与其互补形成的凸起部13。这里，凸起部13至少基本上对应于布置在正面8上的通道9的负轮廓。

为了进一步提高相应风扇叶片4的刚度，能够在其背面12上附加地布置加强轮廓14，该加强轮廓具弯曲的外轮廓15和基本上径向延伸的至少一个加强筋16。这里，外轮廓15被形成为弯曲的，并且除了起到实际的加固作用之外，附加地还使通过风扇叶轮1的空气气流偏转，于是该气流在背面12处向外偏转。加强筋16在内侧邻接轮毂2并且在外侧邻接外轮廓15，其中，轮毂2在内侧还能够附加地具有同样用于加固的蜂窝状结构17，该蜂窝状结构附加地对风扇叶轮1的轮毂区域6进行加固。

进一步观察外轮廓15，能够看到该外轮廓在背面12上在凸起部13上延伸，并沿旋转方向18终止于后凸起部边缘19(尤其是参见图2、4、5以及8)。因此，这种外轮廓15在风扇叶轮1的轮毂区域6中具有更大的轴向高度，并且在朝向后凸起部边缘19的方向上逐渐终止。

这里，通道9通常通过倒圆的边缘20过渡到风扇叶片4的正面8，其中，这种倒圆的边缘带来空气动力学方面的优点。

观察通道9在风扇叶片4的径向范围内的宽度B，例如根据图1、6和7，则能够看出，宽度B将在风扇叶片4的径向范围内是变化的，尤其是通道9的宽度B在中间位置减小到宽度B₁，并且再次向外侧扩大。轮毂2区域中的通道深度T大于风扇叶片尖端7区域中的通道深度，由此能够在轮毂2的区域中(即在轮毂区域5中)实现通道9的相对来说更高的加固作用。通过这种方式，能够与通道深度T一起来影响通道9的横截面并因此影响次级空气流10的流速。例如，能够实现沿着通道9的次级空气流10的相同的速度。

出于结构原因也能够在中间叶片高度中将通道9的宽度B减小到B₁。例如，当通过对后缘23的修剪来减小风扇叶轮1的深度以复制较低的功率级时，需要在斜面(加强轮廓14)和后缘23之间具有最小距离，以便能够围绕加固件14(斜面)来倒圆。

能够想到的是，对根据本发明的风扇叶轮1进行进一步加固，即各个风扇叶片4在其相应的风扇叶片尖端7处通过环21进行连接，根据图1和图2，该环仅被局部地示出。这样的环21能够例如具有套筒形状并且能够可靠地防止单个风扇叶片4变形，这尤其是在涉水行驶时具有很大的优势。

进一步观察通道9，能够看到该通道朝着风扇叶片尖端7逐渐变尖，优选地甚至终止于尖端22(参见图2)。当然，根据要求，也能够考虑倒圆的端部区域。这里，通道9的尖端22能够被引导至风扇叶片尖端7并由此与之接触。

在根据本发明的解决方案的另一有利的实施方式中，风扇叶轮1连同风扇叶片4被形成为是一件式的，尤其是被形成为一件式的塑料注塑件或金属件。特别是形成为塑料注塑件，其提供了低成本且高质量制造的可能性。当然，还能够想到的是，通过相应的金属嵌体，这种由塑料制成的风扇叶轮1在轮毂区域5中被加强。

此外，根据本发明的风扇叶轮1还具有很大的优势，即能够相对容易地对风扇功率和与其相关的尺寸进行调整。例如，因此能够想到的是，将风扇叶轮1最初制造成具有外直径D的塑料注塑件(参见图9)。如果现在要减小风扇的功率，则能够想到的是，从根据图9的被加工成标准组件的风扇叶轮1中去除在风扇叶片4的相应的后缘23处的材料，从而整体上减小风扇叶片4。由此还能够降低风扇功率。附加地或替代地，还能够设想到的是，减小最初被制造成根据图9的标准组件的风扇叶轮1的直径，使得在这种情况下，能够实现在风扇叶片4的相应的风扇叶片尖端7上材料的去除，使得所形成的风扇叶轮1”具有直径D₁，该直径小于最初的风扇叶轮1的最初直径D。总之，利用这样的制造方法能够制造具有单独的塑料注塑模具的标准风扇叶轮1，然后能够分别根据所需的直径或风扇功率来进行调整。

将根据本发明的风扇叶轮1例如用于内燃机的风扇24中。利用根据本发明的风扇叶轮1能够因此实现两个主要优点，即一方面通过首要气流11和次级气流10的不同水平的交叉来提高风扇功率，以及对各个风扇叶片4的加固。此外，能够省去目前所需的并布置在正面8上的导流元件。

Claims (14)

1.一种风扇叶轮(1)，其具有轮毂(2)和从所述轮毂上凸出的风扇叶片(4)，

其特征在于，

-所述风扇叶片(4)在前缘(5)处具有S形轮廓；

-所述风扇叶片(4)在轮毂区域(6)处比在风扇叶片尖端(7)处更厚；

-在所述风扇叶片(4)的正面(8)上布置有通道(9)，所述通道在所述风扇叶片(4)的正面(8)上倾斜地延伸。

2.根据权利要求1所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述通道(9)在所述风扇叶片(4)的背面(12)上被形成为凸起部(13)。

3.根据权利要求2所述的风扇叶轮，

其特征在于，

在每个风扇叶片(4)的所述背面(12)处布置有加强轮廓(14)，在所述轮毂(2)区域中，所述加强轮廓的一端邻接所述前缘(5)，并且另一端邻接所述凸起部(13)。

4.根据权利要求3所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述加强轮廓(14)具有弯曲的外轮廓(15)和基本上径向延伸的加强筋(16)，所述加强筋在内侧邻接所述轮毂(2)，并且在外侧邻接所述加强轮廓(14)的外轮廓(15)。

5.根据权利要求4所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述外轮廓(15)在所述凸起部(13)上延伸，并在后凸起部边缘(19)处终止。

6.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

各个风扇叶片(4)在其风扇叶片尖端(7)处通过环(21)相互连接。

7.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述通道(9)通过倒圆的边缘(20)过渡到所述风扇叶片(4)的正面(8)。

8.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述通道(9)的宽度B在所述风扇叶片(4)的径向范围内是变化的，特别地，所述通道(9)的宽度B在中间位置减小到宽度B₁。

9.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述轮毂(2)区域中的通道深度大于所述风扇叶片尖端(7)区域中的通道深度。

10.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述通道(9)朝向所述风扇叶片尖端(7)逐渐变尖或具有倒圆。

11.根据权利要求10所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述通道(9)的尖端(22)接触所述风扇叶片尖端(7)。

12.根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮，

其特征在于，

所述风扇叶轮(1)连同所述风扇叶片(4)被形成为一件式的，尤其是被形成为一件式的塑料注塑件。

13.一种尤其是用于内燃机的风扇(24)，其具有根据前述权利要求之一所述的风扇叶轮(1)。

14.一种用于制造不同的根据权利要求1至12之一所述的风扇叶轮(1、1'、1”)的方法，其中，标准的风扇叶轮(1)被制造为塑料注塑件，并且根据所期望的功率对每个风扇叶片(4)的所述风扇叶片尖端(7)处和/或后缘(23)处进行修剪，从而制造不同的风扇叶轮(1、1'、1”)。

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