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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gebläseanordnung, insbesondere ein Kühlgebläse für ein Motorsystem eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Axiallüftergebläse weisen rotierbare Schaufelblätter auf, die in einem Lüfterrad verbunden sind. Im Betrieb wird jeweils an einer Eingangsseite der Schaufelblätter ein Unterdruck und an einer Ausgangsseite der Schaufelblätter ein Überdruck generiert, der zu einer Luftströmung durch das Gebläse im Wesentlichen in einer bezüglich der Drehachse des Lüfterrads parallelen Richtung führt.
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Bei Verwendung als Kühlgebläse für ein Motorsystem ist das Gebläse nahe einem Motorblock angeordnet, wodurch der durch das Gebläse geförderte Luftstrom abprallt und seitlich, d. h. quer zur Drehachse des durch den Motorblock und das Gebläse gebildeten Zwischenraums, abströmt. Weiterhin tritt nahe dem äußeren Ende der Schaufelblätter aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite eine Rückströmung auf, die die Effizienz des Gebläses reduzieren und zu unerwünschten Druckverlust und Geräuschentwicklungen führen kann.
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Auch können im Bereich des seitlichen Ausströmens aus dem Zwischenraum zwischen dem Motorblock und dem Gebläse Verwirbelungen entstehen, die zu einem Druckanstieg in dem Zwischenraum führen und das Abströmen der Luft behindern. Dadurch wird die Effizienz der Gebläseleistung weiter reduziert.
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Aus der Druckschrift
US 6,599,088 B2 ist eine Gebläseanordnung mit einem Lüfterrad mit mindestens einem Schaufelblatt bekannt, wobei das Schaufelblatt sich in einem Ringelement befindet, das eine gewölbte innere Abströmfläche mit einem Mantel aufweist. Der abströmseitige Kragen an dem Mantel weist eine radial nach außen gerichtete Abschlussfläche auf, die eine Verlängerung der gewölbten inneren Abströmfläche darstellt.
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Die obige Gebläseanordnung sieht eine besondere Abströmgeometrie des Ringelements vor. Ferner muss die Abschlussfläche des Mantels mit der Geometrie des Ringelements fluchten. Dies erhöht den Aufwand bei der Herstellung eines derartigen Lüftergebläses.
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Die Druckschrift
US 7,478,993 B2 offenbart ein Lüftergebläse, das Lüfterradschaufeln aufweist, deren äußere Enden mit einem Ringelement verbunden sind. Das Lüfterrad bewegt sich innerhalb eines Mantels, der sich ausgangsseitig des Lüfterrads über dieses hinweg erstreckt und einen Coanda-Ring aufweist, der sich ausgangsseitig des Lüfterrads radial nach innen von dem Mantel erstreckt und eine Kontur zur Strömungsführung aufweist, um so eine Verwirbelung seitlich des Zwischenraums zwischen dem Motorblock und dem Lüftergebläse weitestgehend zu vermeiden.
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Das Vorsehen des Coanda-Rings an der Ausgangsseite des Lüfterrads erhöht jedoch die Bauhöhe des gesamten Lüftergebläses, was für einen Einsatz in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs nachteilig ist. Darüber hinaus ist diese Lösung sehr anfällig gegenüber Bauteiltoleranzen. Bereits geringe Schwankungen der Toleranz führen zu Verschlechterung des Wirkungsgrades.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
US 7,992,664 eine Vorrichtung zum Steuern des Strömungsflusses durch eine Gebläseanordnung bekannt, wobei Schaufelblätter verstellbar in einem Ringelement angeordnet sind
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lüftergebläse zur Verfügung zu stellen, mit dem ein verbessertes Abströmen der geförderten Luft und dadurch ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden kann. Weiterhin soll die Bauhöhe, die den notwendigen Abstand zwischen dem Lüfterrad und einer Prallfläche bestimmt, trotz Erhöhung des Wirkungsgrades, nicht vergrößert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die Gebläseanordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch das System gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Gebläseanordnung, insbesondere zum Kühlen eines Motorsystems, vorgesehen, umfassend:
- – ein Schaufelrad mit einem oder mehreren Schaufelblättern, die im Betrieb ein Medium in Richtung einer Drehachse des Schaufelrads von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite fördern;
- – ein Gehäusemantel mit einem Basisteil, das sich in Richtung der Drehachse erstreckt und das Schaufelrad ganz oder teilweise umgibt,
wobei an einem der Ausgangsseite des Schaufelrads zugewandten Ende des Basisteils ein Abströmelement vorgesehen ist, das sich von dem betreffenden Ende des Basisteils radial nach außen erstreckt.
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Eine Idee der obigen Gebläseanordnung besteht darin, eine Strömungsführung so vorzusehen, dass Verwirbelungen im Seitenbereich seitlich des Zwischenraums zwischen einer ausgangsseitig angeordneten Prallfläche und der Gebläseanordnung weitestgehend vermieden werden und zudem die Bauhöhe der Gebläseanordnung gegenüber Bauhöhen vergleichbarer Gebläseanordnungen nicht erhöht wird.
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Weiterhin kann das Basisteil das Schaufelrad konzentrisch umgeben.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein dem Basisteil gegenüberliegendes Ende des Abströmelements in Richtung eines der Eingangsseite des Schaufelrads zugewandten Endes des Basisteils abgebogen sein, um einen mit dem Abströmelement gebildeten Kanal zu erweitern.
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Weiterhin kann das Abströmelement vollumfänglich oder abschnittsweise an dem Basisteil angeordnet sein.
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Insbesondere kann an einem der Eingangsseite des Schaufelrads zugewandten Ende des Basisteils ein Rückströmungsleitabschnitt vorgesehen sein, der sich radial nach innen erstreckt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ringelement vorgesehen sein, das äußere Enden der Schaufelblätter miteinander verbindet.
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Weiterhin kann das Ringelement ein eingangsseitiges Ende aufweisen, das nach außen absteht und radial weiter außen endet als das freie Ende des Rückströmungsleitabschnitts.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Abströmelement mit der Ausgangsseite des Schaufelrads abschließt oder bezüglich der axialen Richtung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnet ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Abströmelement an einem über die Ausgangsseite des Schaufelrads überstehenden Ende des Basisteils angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System mit der obigen Gebläseanordnung und einer Kühleinrichtung vorgesehen, wobei die Gebläseanordnung so angeordnet ist, dass im Betrieb ein Medium zunächst durch die Kühleinrichtung gesaugt wird und dass in einen Zwischenraum zwischen der Gebläseanordnung und einer Prallfläche gefördertes Medium quer zur Richtung der Drehachse abströmt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Ausschnitt einer Gebläseanordnung;
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsgraderhöhung und der Luftleistungserhöhung für eine Gebläseanordnung mit Abströmelement und für eine Gebläseanordnung ohne Abströmelement; und
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3 eine Draufsicht auf eine Gebläseanordnung mit einem Abströmelement gemäß einer Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Gebläseanordnung 1. Die Gebläseanordnung 1 kann in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, um eine Kühleinrichtung 9 zu kühlen. Die Kühleinrichtung 9 kann eingangseitig der Gebläseanordnung 1 angeordnet sein und dazu dienen, die beim Betrieb eines Verbrennungsmotors oder einer sonstigen Antriebseinheit entstehende Abwärme in die Umgebung abzuführen.
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Eine Ausgangsseite A der Gebläseanordnung 1 ist mit Abstand an einem Block 15, wie z.B. einem Verbrennungsmotor, angeordnet, so dass eine durch die Gebläseanordnung 1 geförderter Luftstrom im Wesentlichen senkrecht auf eine Prallfläche 16 des Blocks 15 gerichtet ist.
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Ein Gebläseantrieb 2, der als Gleichstrommotor ausgebildet sein kann, ist mit einer zylindrischen oder konische Nabe 3 gekoppelt, um diese bei Betrieb der Gebläseanordnung 1 zu drehen. Die zylindrische Nabe 3 trägt ein oder mehrere Schaufelblätter 4, die in radialer Richtung von der Nabe 3 abstehen und so ein Schaufelrad 10 bilden. Die Schaufelblätter 4 weisen eine Schrägstellung und/oder eine Oberflächenkrümmung auf, so dass beim Drehen des Schaufelrads 10 eine Druckdifferenz über das Schaufelrad 10 aufgebaut wird.
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Im Betrieb entsteht an einer Eingangsseite E des Schaufelrads 10 ein Unterdruck, während an einer Ausgangsseite A des Schaufelrads 10 ein Überdruck entsteht, wodurch sich eine Luftströmung durch das Schaufelrad 10 ergibt. Die Enden der Schaufelblätter 4 können durch ein Ringelement 5 miteinander verbunden sein, das zu einer verbesserten Stabilität des Schaufelrads 10 beiträgt, indem es die radial äußeren Enden der Schaufelblätter 4 in einem vorbestimmten tangentialen Abstand zueinander hält und Torsionsschwingungen verhindert.
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Das Schaufelrad 10 ist ganz oder teilweise von einem Mantelteil 6 als Gehäusemantel umgeben, das den Strömungskanal zwischen Eingangsseite E und Ausgangsseite A des Schaufelrads 10 definiert. Zwischen dem Ringelement 5 und dem Mantelteil 6 bildet sich im Betrieb der Gebläseanordnung 1 ein Rückströmungskanal 7, durch den Luft von der Ausgangsseite A der Gebläseanordnung 1 zur Eingangsseite E zurückströmen kann. Der Rückströmungskanal 7 ist unvermeidlich, da aufgrund von Bauteiltoleranzen ein Abstand zwischen dem Ringelement 5 an dem Mantelteil 6 vermieden werden muss. Der Rückströmungskanal 7 bewirkt eine Verringerung des Wirkungsgrads der Gebläseanordnung 1, da die durch den Rückströmungskanal 7 strömende Luft zur Kühlwirkung der Gebläseanordnung 1 nicht beitragen kann.
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Das Mantelteil 6 weist grundsätzlich ein zylindrisches Basisteil 61 auf, das einen Innenbereich definiert, in dem das Schaufelrad 10 angeordnet ist. Das Mantelteil 6 weist weiterhin einen eingangseitigen, Rückströmungsleitabschnitts 62 auf, der zu einer Reduzierung der Rückströmung führt. An der Eingangsseite E der Gebläseanordnung 1 ist dazu das Mantelteil 6 in radialer Richtung nach innen in einem Radius umgebogen, so dass das Mantelteil 6 in Verbindung mit dem zylindrischen Ringelement 5 keinen geradlinigen Rückströmungskanal 7 von der Ausgangsseite A zur Eingangsseite E bilden kann. Die Umbiegung erfolgt so, dass ein Ende des Rückströmungsleitabschnitts 62 radial gleich oder weiter innen liegt als das entsprechende Ende des Ringelements 5.
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Weiterhin kann das Ringelement 5, das sich zylinderförmig um die Schaufelblätter 4 erstreckt, an der Eingangsseite E der Gebläseanordnung 1 nach außen aufgebogen sein, wodurch eine Verengung des Rückströmungskanals 7 und ein Führen der durch den Rückströmungskanal 7 strömenden Luft erreicht wird. Diese Maßnahmen bewirken eine Erhöhung des Strömungswiderstands innerhalb des Rückströmungskanals 7, wodurch die durch den Rückströmungskanal 7 strömende Luftmenge reduziert und somit die diesbezügliche Reduzierung des Wirkungsgrads verringert wird.
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Gegenüber dem Rückströmungsleitabschnitt 62 des Mantelteils 6 ist ein Abströmelement 63 vorgesehen, das sich von dem Ende des Basisteils 61 des Mantelteils 6 radial nach außen erstreckt. Das Abströmelement 63 kann bereichsweise in mehreren Abschnitten oder vollumfänglich an dem zylindrischen Basisteil 61 des Mantelteils 6 angeordnet sein. Das Abströmelement 63 erstreckt sich vorzugsweise rechtwinklig zur Drehachse des Schaufelrads 10 und verhindert das Auftreten von Verwirbelungen im Seitenbereich 11 des Zwischenraums 12 zwischen dem Verbrennungsmotor 15 und der Gebläseanordnung 1. Anstelle einer rechtwinklig zur Drehachse vorgesehene Anordnung des Abströmelements 63 kann dieses auch schräg zur Drehachse angeordnet sein und so mit dem Basisteil 61 einen spitzen und stumpfen Winkel einschließen. Insbesondere bei einem stumpfen Winkel reicht das Abströmelement 63 in den Seitenbereich 11 hinein, ohne jedoch den wirksamen Durchströmungsquerschnitt zu reduzieren.
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In Ausführungsformen kann das Abströmelement 63 einstückig mit dem Basisteil 61 bzw. dem Gehäusemantel ausgebildet sein oder als separates Bauteil auf das Basisteil 61 des Gehäusemantels 6 aufgesetzt sein, um eine bestehende Gebläseanordnung nachrüsten zu können.
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Verwirbelungen führen in der Regel zu einer Druckerhöhung bzw. Verringerung des aerodynamisch wirksamen Durchströmungsquerschnitts, da sie die Luftströmung behindern. Durch Vermeiden der Verwirbelungen erreicht man durch das Abströmelement 63 in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der aerodynamisch wirksamen Durchströmungsquerschnitts bei Beibehaltung der Bautiefe im Seitenbereich 11 mit einer deutlichen Wirkungsgradverbesserung.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, ein radial äußeres Ende des Abströmelements 63, das dem Ende des Mantelteils 6, an dem dieses angeordnet ist, gegenüber liegt, abzuschrägen, vorzugsweise in eine Richtung zur Eingangsseite E der Gebläseanordnung 1.
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Durch die verbesserte Ableitung der durch die Gebläseanordnung 1 geförderten Luft aus dem Zwischenbereich 12 über den Seitenbereich 11 in die Umgebung kann die Rückströmung durch den Rückströmungskanal 7 reduziert werden, was dadurch einer Wirkungsgradverbesserung zugute kommt.
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In 2 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem abhängig von der Förderleistung F der Gebläseanordnung 1 die Wirkungsgrade und die Luftleistungen für vergleichbare Gebläseanordnungen mit und ohne Abströmelement 63 qualitativ dargestellt sind. Die Wirkungsgrade sind in % aufgetragen. Die Kurve K1 zeigt den Wirkungsgrad bei einer Gebläseanordnung 1 ohne Abströmelement 63 und die Kurve K2 zeigt den Wirkungsgrad bei einer Gebläseanordnung 1 mit Abströmelement 63. Die Kurve K3 zeigt die Luftleistung als Druck über der Gebläseanordnung 1 bei einer Gebläseanordnung 1 ohne Abströmelement 63 und die Kurve K4 zeigt die Luftleistung bei einer Gebläseanordnung 1 mit Abströmelement 63. Man erkennt, dass ab einer bestimmten Förderleistung F0 durch die Gebläseanordnung 1 eine deutliche Wirkungsgraderhöhung und eine deutliche Luftleistungserhöhung erreicht werden kann.
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3 zeigt in einer Draufsicht auf eine Gebläseanordnung eine Ausführungsform des Abströmelements 63, das sich nicht vollständig um das Mantelteil 6 erstreckt sondern Ausnehmungen 66 aufweist. Weiterhin kann das Abströmelement 63 in radialer Richtung partiell verlängert sein, um beispielsweise zerklüftete Geometrien, die sich z.B. durch das Führen von Schläuchen 67 und dergleichen in dem Zwischenraum 12 zwischen der Gebläseanordnung und der Prallfläche 16 ergeben, abzudecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6599088 B2 [0005]
- US 7478993 B2 [0007]
- US 7992664 [0009]
