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Die
Erfindung betrifft eine Radiallüftergehäusevorrichtung
für Belüftungsvorrichtungen, insbesondere für
Belüftungsvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, welche zumindest
eine Begrenzungswand aufweisen, die zumindest bereichsweise einen
Radiallüfteraufnahmeraum in radialer Richtung begrenzt. Zusätzlich
betrifft die Erfindung eine Gebläsevorrichtung, insbesondere
eine Gebläsevorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Klimaanlage, insbesondere
eine Kraftfahrzeugklimaanlage.
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In
vielen Bereichen der Technik, wie insbesondere bei der Belüftung,
Beheizung und Klimatisierung von Gebäuden und Fahrzeugen
ist es erforderlich unter Verwendung technischer Hilfsmittel eine Luftströmung
künstlich zu erzeugen. Für diesen Zweck haben
sich sogenannte Lüfter bzw. Gebläse bewährt.
Dadurch ist es möglich, Innenräume mit einer ausreichenden
Luftzufuhr zu versehen, wobei die zugeführte Luft gegebenenfalls
vorab noch durch Wärmetauscher (Heizkörper und/oder
Verdampfer), Filter und dergleichen geleitet werden kann. Je nach konkretem
Anwendungszweck müssen die Lüfter bzw. Gebläse
unterschiedliche Charakteristika aufweisen. Während es
beispielsweise bei einem ersten Anwendungszweck (wie beispielsweise
bei einem Kühler eines Kraftfahrzeugs) primär
auf einen hohen Luftdurchsatz (und damit auf eine hohe Kühlleistung) ankommt,
steht bei anderen Anwendungen beispielsweise ein besonders niedriges
Betriebsgeräusch (beispielsweise bei der Belüftung
eines Kraftfahrzeuginnenraums) im Vordergrund.
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Zur
Belüftung von Innenräumen, insbesondere von Kraftfahrzeuginnenräumen,
werden insbesondere Radiallüfter verwendet. Grundsätzlich
erfüllen derartige Radiallüfter die ihnen übertragenen
Aufgaben befriedigend.
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Nach
wie vor ergeben sich jedoch Probleme, wenn die Radiallüfter
hinsichtlich mehrerer Charakteristika möglichst gute Leistungswerte
erzielen sollen. So ist es insbesondere bei im Stand der Technik
bekannten Radiallüftergehäusen problematisch,
einerseits einen besonders hohen maximal möglichen Luftmassenstrom
zur Verfügung zu stellen, andererseits jedoch ein möglichst
geringes Betriebsgeräusch zu realisieren. Insbesondere
ist es problematisch, Radiallüfter derart auszubilden,
dass über möglichst viele Betriebszustände
hinweg ein möglichst geringes Betriebsgeräusch,
insbesondere im niederfrequenten Bereich, entsteht.
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Um
dieses Problem zu lösen wurden bereits unterschiedliche
Lösungsansätze im Stand der Technik verfolgt.
So wurde beispielsweise in
DE
32 38 913 C2 vorgeschlagen, ein Gehäuse für
einen Radialventilator mit Laufrad und einer von einer Gehäusezunge ausgehenden
Gehäusekontur derart auszubilden, dass sich die Gehäusekontur
in einem ersten Bereich nach einer logarithmischen Spirale erweitert,
um dann in einem zweiten Bereich äquidistant zum Laufrad
zu verlaufen und sich anschließend in einem dritten Bereich
wieder spiralförmig bis zu einem Ausblasstutzen zu erweitern.
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In
US 6,439,839 B1 wurde
ein Radiallüfter vorgeschlagen, der ein Gehäuse
aufweist, die sich in einem ersten Bereich in einem geringeren Winkel
als dem einer durchgängigen archimedischen Spirale vergrößert,
und sich in einem zweiten Bereich mit einem größeren
Winkel als dieser archimedischen Spirale vergrößert.
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Derartige
Gehäuse weisen jedoch nach wie vor Probleme, insbesondere
hinsichtlich ihrer Geräuschentwicklung auf.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit darin eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Radiallüftergehäusevorrichtung
vorzuschlagen. Darüber hinaus besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Gebläsevorrichtung
bzw. Klimaanlage vorzuschlagen.
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Es
wird vorgeschlagen eine Radiallüftergehäusevorrichtung
für Belüftungsvorrichtungen, welche zumindest
eine Begrenzungswand, die zumindest bereichsweise einen Radiallüfteraufnahmeraum in
radialer Richtung begrenzt derart auszubilden, dass die Begrenzungswand
derart ausgebildet ist, dass sich der Radiallüfteraufnahmeraum
in zumindest einem ersten Wandbereich in nicht-linearer Weise erweitert
und in zumindest einem zweiten Wandbereich in linearer Weise erweitert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Radiallüftergehäusevorrichtung
für Belüftungsvorrichtungen von Kraftfahrzeugen
verwendet wird. Versuche haben ergeben, dass eine derartige Kombination
von nicht-linearer Erweiterung und anschließender linearer
Erweiterung des Radiallüfteraufnahmeraums (relativ zu einem
im Radiallüfteraufnahmeraum angeordneten Radiallüfterrad)
eine verblüffend starke Geräuschminderung ergeben
kann. Insbesondere kann sich eine besonders signifikante Geräuschminderung
speziell im niederfrequenten Bereich ergeben, was von besonderem Vorteil
ist, da Betriebsgeräusche im niederfrequenten Bereich oftmals
als besonders störend empfunden werden und/oder relativ
schwer zu dämpfen sind. Erste Versuch haben ergeben, dass
sich durch die vorgeschlagene Bauform der Radiallüftergehäusevorrichtung
eine Geräuschminderung von typischerweise im Bereich von
2 bis 3,5 dB pro Terz im Vergleich zu einer rein logarithmischen
Spiralform ergeben kann. Als relativer Bezugspunkt für
den „Beginn” der Begrenzungswand in Umfangsrichtung
gesehen kann ein an sich beliebiger Referenzpunkt gewählt werden.
Bevorzugt sollte jedoch ein Referenzpunkt gewählt werden,
der eine charakteristische Eigenschaft aufweist und/oder eine möglichst
eindeutige bzw. gut referenzierbare Bezugnahme ermöglicht. Ein
typisches Beispiel hierfür ist beispielsweise eine Gebläsezunge,
die typischerweise einen Übergang zwischen dem Radiallüfteraufnahmeraum
und einem Luftabführkanal (üblicherweise in tangentialer
bis radialer Richtung verlaufend) bildet. Die vorgeschlagene Kombination
von nicht-linearer Erweiterung und linearer Erweiterung kann darüber
hinaus nicht nur ein besonders gutes akustisches Verhalten, sondern
insbesondere auch einen sehr guten Wirkungsgrad aufweisen. So kann
beispielsweise der nicht-lineare Bereich die entlang der Umfangsrichtung
des Radiallüfterrads zunehmende Luftströmung aufnehmen,
ohne dass es zu unerwünschten Strömungsphänomene
im entsprechenden Bereich kommen muss. Mit Hilfe der linearen Erweiterung,
welche typischerweise enger gewickelt ist, als es einer Fortsetzung
der nicht-linearen Erweiterung entspräche, können üblicherweise spezielle
instationäre Strömungsphänomene in der Spiraldurchströmung
der geförderten Luft und eine entsprechende Anregung insbesondere
niederfrequenter Schallanteile wirksam vermieden werden. Derartige
Effekte können ansonsten insbesondere bei niedrigen Luftmassendurchsatzraten
auftreten. Darüber hinaus ist es insbesondere mit Hilfe
des sich linear erweiternden Bereichs üblicherweise möglich, die
Außenkontur der Radiallüftergehäusevorrichtung so
zu gestalten, dass ein geringerer Bauraum möglich ist.
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Vorteilhaft
kann es sein, wenn die Radiallüftergehäusevorrichtung
derart ausgebildet ist, dass sich in zumindest einem ersten Wandbereich
der Radiallüfteraufnahmeraum logarithmisch erweitert. Eine derartige
logarithmische Erweiterung entspricht im Wesentlichen der Zunahme
des Luftmassenstroms in Umfangsrichtung des Radiallüfterrads,
so dass insbesondere unerwünschte Strömungsphänomene
der geförderten Luft vermieden werden können.
Auf diese Weise ist insbesondere ein besonders guter Wirkungsgrad
der Radiallüftergehäusevorrichtung erzielbar.
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Besonders
sinnvoll kann es sein, wenn zumindest ein erster Wandbereich vor
zumindest einem zweiten Wandbereich angeordnet ist. Versuche haben
ergeben, dass sich in diesem Fall üblicherweise besonders
gute Wirkungsgrade, gepaart mit einem besonders guten akustischen
Verhalten ergeben können.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn lediglich ein erster Wandbereich
und/oder ein zweiter Wandbereich vorhanden ist. So haben Versuche
ergeben, dass sich oftmals der überwiegende Teil der Wirkungsgraderhöhung
und/oder der akustischen Verbesserung mit lediglich einer Abfolge
von nichtlinearer und linearer Erweiterung erzielen lässt.
Beschränkt man sich hier auf eine einzelne derartige Abfolge,
so kann insbesondere die Herstellung der Radiallüftergehäusevorrichtung
vereinfacht werden.
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Weiterhin
kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn zumindest ein dritter
Wandbereich vorgesehen ist, welcher einen Übergangsbereich
zu einem Luftaustrittskanal hin bildet. Dieser Wandbereich kann
eine im Wesentlichen beliebige Formgebung aufweisen. Insbesondere
kann der dritte Wandbereich (die dritten Wandbereiche) derart ausgeführt sein,
dass sich eine trichterartige Erweiterung ergibt. Üblicherweise
ist es ausreichend, wenn der oder die dritten Wandbereiche eine
im Verhältnis zum ersten Wandbereich und/oder zweiten Wandbereich
geringe Länge aufweisen. In aller Regel erweist es sich
dabei als vorteilhaft, wenn im Bereich des dritten Wandbereichs
der Querschnittsflächenzuwachs relativ stark gesteigert
wird ohne dabei Strömungsablösungen zu begünstigen,
beispielsweise um zu vermeiden, dass durch zu enge Querschnitte Übergeschwindigkeiten entstehen,
die hochfrequentes Rauschen erzeugen können und/oder einen
Wirkungsgradverlust bei hohen Massenströmen zur Folge haben
könnten.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen
wenn zumindest ein dritter Wandbereich zumindest bereichsweise zumindest
eine geradlinige Begrenzungswand aufweist. Auch hier haben Versuche
ergeben, dass sich durch eine derartige Ausbildung üblicherweise
besonders gute Wirkungsgrade und/oder ein besonders gutes akustisches
Verhalten der Radiallüftergehäusevorrichtung ergeben
können.
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Darüber
hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Wandbereich
in einem Bereich ausgebildet ist, der bei 0°, 5°,
10°, 15° oder 20° beginnt und/oder bei
85°, 90°, 95°, 100°, 105°,
110°, 115°, 120°, 125°, 130°,
135°, 140° oder 145° endet. Die genannten
Anfangs- bzw. Endwerte haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Eine
weitere vorteilhafte Bauform ergibt sich, wenn der zweite Wandbereich
in einem Bereich ausgebildet ist, der bei 85°, 90°,
95°, 100°, 105°, 110°, 115°,
120°, 125°, 130°, 135°, 140° oder
145° beginnt und/oder bei 270°, 275°,
280°, 285°, 290°, 295°, 300°,
305°, 310°, 315°, 320°, 325° oder
330° endet. Auch hier hat sich gezeigt, dass mit den genannten Anfangs-
bzw. Endwerte besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden können.
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Vorteilhafte
Ausführungen können sich darüber hinaus
insbesondere dann ergeben, wenn die Radiallüftergehäusevorrichtung
zumindest eine Gehäusezunge aufweist. Diese kann insbesondere
den Übergangsbereich zwischen einem tangential und/oder
radial angeordnetem Luftabfuhrkanal und dem Radiallüfteraufnahmebereich
bilden. Insbesondere kann die Gebläsezunge auch als Referenzpunkt (Anfangspunkt)
für die Ausbildung der Begrenzungswand (und gegebenenfalls
weitere Baugruppen) dienen.
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Weiterhin
wird eine Gebläsevorrichtung vorgeschlagen, welche zumindest
eine Radiallüftergehäusevorrichtung mit dem vorab
beschriebenen Aufbau aufweist. Die Gebläsevorrichtung weist
dann die bereits beschriebenen Vorteile und Eigenschaften in analoger
Weise auf. Insbesondere kann es sich bei der Gebläsevorrichtung
um eine Gebläsevorrichtung für ein Kraftfahrzeug
handeln.
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Weiterhin
wird eine Klimaanlage vorgeschlagen, welche zumindest eine Radiallüftergebläsevorrichtung
mit dem vorab beschriebenen Aufbau und/oder zumindest eine Gebläsevorrichtung
mit dem vorab beschriebenen Aufbau aufweist. Eine derart ausgebildete
Klimaanlage weist dann die vorab beschriebenen Eigenschaften und
Vorteile in analoger Weise auf. Insbesondere kann es sich bei der
Klimaanlage um eine Kraftfahrzeugklimaanlage handeln.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt:
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1:
ein Ausführungsbeispiel für einen Radiallüfter
in Draufsicht von oben;
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2: die Größendimensionierung
der in 1 dargestellten Gebläsegehäusekontur
in kartesischen Koordinaten;
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3: das Strömungsverhalten des
vorgeschlagenen Radialgebläses im Vergleich mit dem Strömungsverhalten
eines Radialgebläses nach dem Stand der Technik.
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In 1 ist
in einer schematischen Draufsicht ein denkbares Ausführungsbeispiel
für einen Radiallüfter 1 dargestellt.
Der Radiallüfter 1 weist ein Radiallüftergehäuse 2 auf,
in dessen Innenraum 4 ein Radiallüfterrad 3 angeordnet
ist. Das Radiallüfterrad 3 und die Begrenzungswand 5 sind
so ausgebildet und angeordnet, dass sich zwischen der Außenseite des
Radiallüfterrads 3 und der Begrenzungswand 5 ein
Kanal 6 bildet. Ausgehend von einer sogenannten Zunge 7 nimmt
die Dicke des Kanals 6 stetig zu. Mit der zunehmenden Dicke
des Kanals 6 wird dem längs des Umfangs des Radiallüfterrads 3 stetig
zunehmenden Luftmassenstrom (das Radiallüfterrad 3 gibt über
seinen gesamten Umfang hinweg einen im wesentlichen winkelunabhängigen
Luftmassenstrom zu seiner Außenseite hin ab) Rechnung getragen.
Im vorliegend in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
eines Radiallüfters 1 ist die Zunge 7 abgerundet ausgebildet.
Als Referenzpunkt für allfällige Winkelangaben
wird daher der Kreismittelpunkt 8 der abgerundeten Oberfläche
der Zunge 7 verwendet. Zur Verdeutlichung ist die in radialer
Richtung verlaufende Bezugslinie 9 durch den Kreismittelpunkt 8 der
abgerundeten Zunge 7 dargestellt. Darüber hinaus
ist die Begrenzungswand 5 in 1 als fette
Linie eingezeichnet.
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In
einem ersten Winkelbereich 10 folgt die Begrenzungswand 5 des
Radiallüftergehäuses 2 der Form einer
herkömmlichen logarithmischen Spirale 13. Zum
Vergleich ist in 1 eine sich linear erweiternde
Spirale 11 dargestellt. Wie man sieht, ist die (veränderliche)
Steigung der Begrenzungswand 5 (logarithmische Spirale)
in etwa im ersten Viertel des Winkelbereichs 10 kleiner
als die Steigung der zum Vergleich eingezeichneten linearen Spirale 11.
Weiterhin fällt auf, dass sich die Begrenzungswand 5 in diesem
ersten Winkelbereich 10 stets innerhalb der zum Vergleich
eingezeichneten linearen Spirale 11 befindet. Auf diese
Weise ist es möglich, Bauraum einzusparen. Dennoch weist
der Radiallüfter 1 in dieser Konfiguration einen
guten Wirkungsgrad und eine geringe Geräuschentwicklung
auf. Der erste Winkelbereich 10 erstreckt sich im vorliegend
dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Winkel α =
0° ausgehend bis zu einem Winkel β = 115°.
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Dem
ersten Winkelbereich 10 schließt sich der zweite
Winkelbereich 12 an, der sich im vorliegend dargestellten
Ausführungsbeispiel von β = 115° bis γ =
300° erstreckt. In diesem zweiten Winkelbereich 12 folgt
nunmehr die Begrenzungswand 5 einer Spirale 11 mit
linearer Steigung. Zum Vergleich ist in 1 die logarithmische
Spirale 13, der die Begrenzungswand 5 im ersten
Winkelbereich 10 folgt, zum Vergleich fortgeführt.
Wie man 1 entnehmen kann, verläuft
die Begrenzungswand 5 somit auch im zweiten Winkelbereich 12 stets
innerhalb der „alternativen” logarithmischen Spirale 13,
so dass auch hier Bauraum eingespart werden kann. Darüber
hinaus haben Versuche ergeben, dass die lineare Fortführung
der Begrenzungswand 5 im zweiten Winkelbereich darüber
hinaus in aller Regel in einen Großteil von Betriebsbedingungen
zu einer Geräuschverminderung führt.
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Nach
dem Winkel γ von vorliegend γ = 300° schließt
sich ein dritter Winkelbereich 14 an. Der dritte Winkelbereich 14 erstreckt
sich jedoch nur über eine relativ kurze Länge.
Im Wesentlichen ist die Begrenzungswand 5 in diesem Bereich
derart ausgebildet, dass sich ein Übergangsbereich 15 vom
Innenraum 4 des Radiallüftergehäuses 2 zu
einem nach außen führenden Luftabführkanal 16 bildet.
Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Begrenzungswand 5 in einem größeren Bereich
des dritten Winkelbereichs 14 als geradlinige Wand 17 ausgebildet.
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In 2 ist die Dimensionierung der Begrenzungswand 5 des
in 1 dargestellten Radiallüfters 1 in
kartesischen Koordinaten dargestellt. Längs der Abszisse 18 ist
sowohl in 2a als auch in 2b der
Winkel, ausgehend von der Begrenzungslinie 9 (Nullpunkt)
dargestellt. Die Ordinate 19 in 2a zeigt
den Luftdurchtrittsquerschnitt des Kanals in Abhängigkeit
von der jeweiligen Winkelposition dar. In 2b ist
längs der Ordinate 19 die differenzielle Veränderung
des Luftdurchtrittsquerschnitts durch den Kanal 6 pro Winkeleinheit
dargestellt.
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Sowohl
in 2a, als auch in 2b ist
jeweils der Verlauf einer linearen Spirale 11, der Verlauf einer
logarithmischen Spirale 13 sowie der Verlauf der Begrenzungswand 5 des
in 1 dargestellten Radiallüftergehäuses 2 eingezeichnet.
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Wie
man den Figuren entnehmen kann, folgt die Begrenzungswand 5 des
Radiallüftergehäuses 2 im ersten Winkelbereich 10 von α =
0° bis β = 115° einer logarithmischen
Spirale 13. Beginnend mit dem zweiten Winkelbereich 12 (zwischen β =
115° und γ = 300°) folgt die Begrenzungswand 5 des
Radiallüftergehäuses 2 dagegen einer
linearen Spirale 11.
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Dem
zweiten Winkelbereich 12 schließt sich der dritte
Winkelbereich 14 (Übergangsbereich 15) an,
in dem die Begrenzungswand 5 an den folgenden Konturverlauf
einer Anschlusskomponente, wie beispielsweise dem Verdampfergehäuse
der Klimaanlage angepasst wird. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Begrenzungswand 5 so ausgebildet, dass schlussendlich
wieder der Querschnitt der logarithmischen Spirale 13 erreicht
wird.
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In 3 ist schließlich noch das Ergebnis zweier
Messungen dargestellt. Dort wird die Geschwindigkeitsverteilung
der durch den Kanal 6 strömenden Luft bei einem
Radiallüfter 20 mit rein logarithmischer Spirale 13 mit
der Luftgeschwindigkeitsverteilung des in 1 dargestellten
Radiallüfters 1 (aufweisend unterschiedliche Winkelbereiche 10, 12, 14)
dargestellt. Wie man sieht ist die Geschwindigkeit der den Kanal 6 durchströmenden
Luft deutlich homogener verteilt. Darüber hinaus können
auch Geschwindigkeitsspitzen vermieden werden. Beide Effekte zusammen
ergeben eine besonders effektive Geräuschminderung, insbesondere
in niederfrequenten Frequenzbereich, der in der Regel als besonders störend
empfunden wird. Darüber hinaus kann auch der Wirkungsgrad
des Radiallüfters 1 besonders hoch sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radiallüfter
- 2
- Radiallüftergehäuse
- 3
- Radiallüfterrad
- 4
- Innenraum
- 5
- Begrenzungswand
- 6
- Kanal
- 7
- Zunge
- 8
- Kreismittelpunkt
von 7
- 9
- Bezugslinie
- 10
- erster
Winkelbereich
- 11
- lineare
Spirale
- 12
- zweiter
Winkelbereich
- 13
- logarithmische
Spirale
- 14
- dritter
Winkelbereich
- 15
- Übergangsbereich
- 16
- Luftabführkanal
- 17
- gerade
Wand
- 18
- Abszisse
- 19
- Ordinate
- 20
- Radiallüfter
(SDT)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3238913
C2 [0005]
- - US 6439839 B1 [0006]