DE102013106909A1

DE102013106909A1 - Gebläserad mit verbesserter Schnittstelle zwischen Radnabe und Flügel

Info

Publication number: DE102013106909A1
Application number: DE201310106909
Authority: DE
Inventors: Jayanthi Iyer
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-01-09

Abstract

Ein Gebläserad zur Verwendung in einer Gebläseanordnung beinhaltet eine Nabe, einen konzentrisch angeordneten Außenring, eine Reihe von in Abständen angeordneten Flügeln, die zwischen der Nabe und dem Außenring verlaufen. Die Nabe beinhaltet eine äußere erste Oberfläche und eine innere zweite Oberfläche. Eine Schnittstelle zwischen einer Außenkante eines ersten Endes jedes der Flügel und einer äußeren Umfangskante der äußeren ersten Oberfläche der Nabe ist minimiert, wodurch eine effektive Flügelaustrittshöhe des Gebläserads erhöht wird. Dadurch wird ein effektiver offener Bereich für einen Luftstrom zwischen den Flügeln des Gebläserads im Vergleich zu Gebläserädern im Stand der Technik erhöht. Ferner stellt eine im Wesentlichen ebene untere Fläche der Nabe zusätzliche strukturelle Integrität an die Nabe und dadurch an die Flügel bereit.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/668,175, angemeldet am 5. Juli 2012, deren vollständige Offenbarung hierin durch Verweis eingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Gebläserad und insbesondere ein Gebläserad mit einer Mehrzahl an Flügeln, das den Luftstrom durch die Flügel maximiert und ihre Effizienz optimiert.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zentrifugalgebläse werden typischerweise zum Leiten eines Zwangsluftstroms durch einen Luftschacht verwendet. In einer typischen Gebläseanordnung wird Luft durch einen Lufteinlass in ein Gehäuse gesogen und durch einen Luftauslass aus dem Gehäuse entlassen. Gebläseanordnungen beinhalten üblicherweise ein elektrisch angetriebenes Gebläserad, das sich im Gehäuse in einer vorgegebenen Richtung dreht. Das Gebläserad beinhaltet einen oder mehrere gekrümmte Flügel, die mit einer Nabe verbunden sind und Luft axial entlang einer Rotationsachse in das Gebläserad ziehen und die Luft von dort radial nach außen ausstoßen.
Üblicherweise müssen die Zentrifugalgebläse in Klimaregelungsanwendungen wie Heizung, Belüftung und Klimatisierungssystemen (HVAC) eines Fahrzeugs effektiv und effizient unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs arbeiten. Eine Schnittstelle zwischen den Flügeln und der Nabe von aktuellen Zentrifugalgebläsen ist jedoch derart konfiguriert, dass eine Blockierung eine Verkleinerung des effektiv offenen Bereichs für einen Luftstrom zwischen den Flügeln zur Folge hat.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, ein Gebläserad herzustellen, das Leistung, Effizienz und strukturelle Integrität maximiert und gleichzeitig die Kosten und Komplexität minimiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschend ein Gebläserad entdeckt, das Leistung und strukturelle Integrität maximiert und gleichzeitig die Kosten und Komplexität minimiert.
In einer Ausführungsform umfasst das Gebläserad: eine Nabe, die eine erste Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch zu und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei eine Dicke der äußeren Umfangskante weniger als 2,5 mm beträgt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Gebläserad: eine Nabe, die eine äußere Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch zu und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei eine effektive Flügelaustrittshöhe des wenigstens einen Flügels im Wesentlichen einer gesamten Flügelaustrittsöffnung des wenigstens einen Flügels entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gebläserad: eine Nabe, die eine innere Oberfläche, eine äußere Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch zu und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei wenigstens eine der äußeren Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen äußeren Fläche endet und die innere Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen Fläche endet.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obenstehende sowie andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind für Fachleute aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung leicht ersichtlich, wenn diese vor dem Hintergrund der anhängigen Zeichnungen betrachtet wird. Es zeigen:
1 eine fragmentarische Querschnittansicht eines Gebläserads gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine fragmentarische Querschnittansicht eines Gebläserads gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen, und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
1 zeigt ein Gebläserad 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gebläserad 10 kann je nach Wunsch in jeder beliebigen Gebläseanordnung verwendet werden, wie zum Beispiel einer Gebläseanordnung für eine Klimatisierungseinheit eines Fahrzeugs. Üblicherweise ist das Gebläserad 10 innerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt) angeordnet und rotierbar mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden, um eine Rotationsbewegung des Gebläserads 10 im Gehäuse zu veranlassen. Es versteht sich jedoch, dass das Gebläserad 10 je nach Wunsch durch jedes beliebige manuelle oder automatische Mittel veranlasst werden kann, zu rotieren. Die Rotationsbewegung des Gebläserads 10 in einer ersten Richtung veranlasst einen Luftstrom, der an einem Lufteinlass des Gehäuses aufgenommen wird, mit zunehmendem dynamischem Druck in einer radial nach außen verlaufenden Richtung zu strömen. Das dargestellte Gebläserad 10 kann je nach Wunsch aus jedem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, wie zum Beispiel einem Kunststoffmaterial.
Wie dargestellt, beinhaltet das Gebläserad 10 eine ringförmige Reihe an in Abständen angeordneten Flügeln 12, die zwischen einer Nabe 14 und einem konzentrisch angeordneten Außenring 16 verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen sind die Flügel 12 auf der Nabe 14 in gleichen Abständen im Verhältnis zu einer Rotationsachse des Gebläserads 10 angeordnet, wenngleich auch andere Abstände verwendet werden können. Falls gewünscht, können zusätzliche oder weniger Flügel 12 als dargestellt verwendet werden. Jeder der Flügel 12 beinhaltet eine im Wesentlichen lineare Anströmkante 18 und eine im Wesentlichen lineare Hinterkante 20, die von der Nabe 14 zum Außenring 16 verlaufen. Jeder der Flügel 12 beinhaltet ferner eine erste Oberfläche 22 und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche (nicht dargestellt). In bestimmten Ausführungsformen weist die erste Oberfläche 22 eine im Wesentlichen konkave Form in Richtung der Rotation des Gebläserads 10 auf und die zweite Oberfläche weist eine im Wesentlichen konvexe Form in Richtung der Rotation des Gebläserads 10 auf. Es versteht sich, dass die erste Oberfläche 22 und die zweite Oberfläche je nach Wunsch jede beliebige Form haben können, wie zum Beispiel eine im Wesentlichen konkave Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10, eine im Wesentlichen konvexe Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10 oder eine im Wesentlichen ebene Form.
Die Nabe 14 ist allgemein kuppelförmig geformt und weist eine äußere erste Oberfläche 24, eine deckungsgleiche innere zweite Oberfläche 26 und einen Nasenabschnitt 27, der an ihrer Spitze ausgebildet ist, auf. Der Nasenabschnitt 27 kann je nach Wunsch jede beliebige Form und Größe aufweisen. Jede der äußeren ersten Oberfläche 24 und der inneren zweiten Oberfläche 26 ist an einer äußeren Umfangskante 28 der Nabe 14 allgemein bogenförmig. Eine im Wesentlichen ebene Fläche 30 der äußeren Umfangskante 28 verläuft zwischen den Oberflächen 24, 26 und ist im Wesentlichen lotrecht zu einer Rotationsachse der Nabe 14 ausgebildet. Eine Breite (B) der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 30 der Nabe 14 stellt zusätzliche strukturelle Integrität an die Nabe 14 und demnach an die Flügel 12 bereit. Als nicht einschränkendes Beispiel liegt die Breite (B) der im Wesentlichen ebenen Fläche 30 in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis zu etwa 2,5 mm. Es versteht sich jedoch, dass die im Wesentlichen ebene Fläche 30 je nach Wunsch jede beliebige Breite (B) aufweisen kann.
Jeder der Flügel 12 weist ein erstes Ende 31 auf, das von der Anströmkante 18 zur Hinterkante 20 verläuft. Ein Abschnitt des ersten Endes 31, der an die Anströmkante 18 angrenzt, ist konfiguriert, um sich einer Form oder Kontur der äußeren ersten Oberfläche 24 anzupassen. Ein Abstand von einer äußeren Kante 32 des ersten Endes 31 eines oder mehrerer der Flügel 12 zu der äußeren Kante 29 des Außenrings 16 ist als gesamte Flügelaustrittsöffnung (GFÖ) gekennzeichnet. Die gesamte Flügelaustrittsöffnung (GFÖ) ist eine tatsächliche Höhe eines offenen Bereichs für einen Luftstrom zwischen den Flügeln 12. Eine effektive Flügelaustrittshöhe (EFH) entspricht im Wesentlichen der gesamten Flügelaustrittsöffnung (GFÖ) abzüglich einer Dicke der äußeren Umfangskante 28.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Schnittstelle zwischen der äußeren Kante 32 des ersten Endes 31 jedes der Flügel 12 und der äußeren ersten Oberfläche 24 und insbesondere der äußeren Umfangskante 28 der Nabe 14 minimiert, wodurch die effektive Flügelaustrittshöhe (EFH) gegenüber Gebläserädern im Stand der Technik erhöht ist. Wie dargestellt, beträgt die Dicke der äußeren Umfangskante 28 der Nabe 14 weniger als etwa 2,5 mm, im Wesentlichen 0,0 mm. Dadurch entspricht die effektive Flügelaustrittshöhe (EFH) im Wesentlichen der gesamten Flügelaustrittsöffnung (GFÖ), was gegenüber Gebläserädern im Stand der Technik eine Vergrößerung eines effektiven offenen Bereichs für einen Luftstrom zwischen den Flügeln 12 von etwa 3,5% bis etwa 4% zur Folge hat. Verschiedene Konfigurierungen der effektiven Flügelaustrittshöhe (EFH) und der Breite (B) der im Wesentlichen ebenen Fläche 30 können verwendet werden, um die Leistung und strukturelle Integrität des Gebläserads 10 zu maximieren.
2 zeigt eine andere Ausführungsform des in 1 dargestellten Gebläserads 10. Die der in 1 dargestellten ähnelnde Struktur beinhaltet die gleichen Bezugszeichen und ein Einzelstrichsymbol (') zur Klarheit. Wie dargestellt, beinhaltet ein Gebläserad 10' eine ringförmige Reihe an in Abständen angeordneten Flügeln 12', die zwischen einer Nabe 14' und einem konzentrisch angeordneten Außenring 16' verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen sind die Flügel 12' auf der Nabe 14' in gleichmäßigen Abständen im Verhältnis zu einer Rotationsachse des Gebläserads 10' angeordnet, wenngleich auch andere Abstände verwendet werden können. Falls gewünscht, können zusätzliche oder weniger Flügel 12' als dargestellt verwendet werden. Jeder der Flügel 12' beinhaltet eine im Wesentlichen lineare Anströmkante 18' und eine im Wesentlichen lineare Hinterkante 20', die von der Nabe 14' zum Außenring 16' verlaufen. Jeder der Flügel 12' beinhaltet ferner eine erste Oberfläche 22' und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche (nicht dargestellt). In bestimmten Ausführungsformen weist die erste Oberfläche 22' eine im Wesentlichen konkave Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10' auf und die zweite Oberfläche weist eine im Wesentlichen konvexe Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10' auf. Es versteht sich, dass die erste Oberfläche 22' und die zweite Oberfläche je nach Wunsch jede beliebige Form aufweisen können, wie zum Beispiel eine im Wesentlichen konkave Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10', eine im Wesentlichen konvexe Form in Rotationsrichtung des Gebläserads 10' oder eine im Wesentlichen ebene Form.
Die Nabe 14' ist im Allgemeinen kuppelförmig geformt und weist eine äußere erste Oberfläche 24', eine deckungsgleiche innere zweite Oberfläche 26' und einen Nasenabschnitt 27', der an ihrer Spitze ausgebildet ist, auf. Der Nasenabschnitt 27' kann je nach Wunsch jede beliebige Form und Größe aufweisen. An der äußeren Umfangskante 28' der Nabe 14' endet die äußere erste Oberfläche 24' in einer im Wesentlichen ebenen äußeren ersten Fläche 40 und die zweite innere Oberfläche 26' endet in einer im Wesentlichen ebenen zweiten Fläche 42. Wie dargestellt, ist die äußere erste Fläche 40 im Wesentlichen parallel zu der inneren zweiten Fläche 42 ausgebildet und jede der Flächen 40, 42 ist im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Nabe 14' ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass die Flächen 40, 42 je nach Wunsch in jeder beliebigen Konfigurierung und Ausrichtung ausgebildet sein können. Eine im Wesentlichen ebene dritte Fläche 44 verläuft zwischen den Flächen 40, 42 und ist im Wesentlichen lotrecht zu der Rotationsachse der Nabe 14' ausgebildet. Eine Breite (B') der dritten Fläche 44 der Nabe 14' stellt zusätzliche strukturelle Integrität an die Nabe 14' und damit an die Flügel 12' bereit. Als nicht einschränkendes Beispiel liegt die Breite (B) der dritten Fläche 44 in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis zu etwa 2,5 mm. Es versteht sich jedoch, dass die dritte Fläche 44 je nach Wunsch jede beliebige Breite (B) aufweisen kann.
Jeder der Flügel 12' weist ein erstes Ende 31' auf, das von der Anströmkante 18' zur Hinterkante 20' verläuft. Ein Abschnitt des ersten Endes 31', der an die Anströmkante 18' angrenzt, ist in Anpassung an eine Form und Kontur der äußeren ersten Oberfläche 24' konfiguriert. Ein Abstand von einer äußeren Kante 32' des ersten Endes 31' eines oder mehrerer der Flügel 12' zur äußeren Kante 29' des Außenrings 16' ist als eine gesamte Flügelaustrittsöffnung (GFÖ') gekennzeichnet. Die gesamte Flügelaustrittsöffnung (GFÖ') ist eine tatsächliche Höhe eines offenen Bereichs für einen Luftstrom zwischen den Flügeln 12'. Ein effektive Flügelaustrittshöhe (EFH') entspricht im Wesentlichen der gesamten Flügelaustrittsöffnung (GFÖ') abzüglich einer Dicke (D) der äußeren Umfangskante 28'.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Schnittstelle zwischen der äußeren Kante 32' des ersten Endes 31' jedes der Flügel 12' und der äußeren ersten Oberfläche 24' und insbesondere der äußeren Umfangskante 28' der Nabe 14' minimiert, wodurch die effektive Flügelaustrittshöhe (EFH') gegenüber Gebläserädern im Stand der Technik erhöht ist. Wie dargestellt, beträgt die Dicke D der äußeren Umfangskante 28' der Nabe 14' weniger als etwa 2,5 mm, genauer gesagt liegt sie in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis zu etwa 1,5 mm. Dadurch ist die effektive Flügelaustrittshöhe (EFH') nur minimal kleiner als die gesamte Flügelaustrittsöffnung (GFÖ'), was gegenüber Gebläserädern im Stand der Technik eine Vergrößerung eines effektiven offenen Bereichs für einen Luftstrom zwischen den Flügeln 12' von etwa 2,0% bis zu etwa 3% zur Folge hat. Verschiedene Konfigurierungen der effektiven Flügelaustrittshöhe (EFH') und der Breite (B') der dritten Fläche 44 können verwendet werden, um die Leistung und strukturelle Integrität des Gebläserads 10' zu maximieren.
Ein Betrieb des Gebläserads 10' ist im Wesentlichen ähnlich wie ein Betrieb des Gebläserads 10. Aus Gründen der Einfachheit ist nachstehend lediglich der Betrieb des Gebläserads 10 beschrieben.
Während des Betriebs wird das Gebläserad 10 vom Motor angetrieben und veranlasst, sich um die Rotationsachse zu drehen. Die Rotation des Gebläserads 10 veranlasst die Luft, durch den Lufteinlass des Gehäuses einzuströmen. Die Flügel 12 veranlassen eine Richtungsänderung der Luft von einer im Wesentlichen axialen Richtung parallel zu der Rotationsachse des Gebläserads 10 in eine im Wesentlichen radiale, lotrecht zu der Rotationsachse verlaufende Richtung. Dementsprechend strömt die Luft axial durch den Lufteinlass in das Gebläserad 10 und dann radial nach außen von den Gebläserädern 10 durch den effektiven offenen Bereich zwischen den Flügen 12 und in einen Scrollschacht des Gehäuses. Anschließend strömt die Luft aus dem Gehäuse hinaus in einen beliebigen Bereich.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind die wichtigsten Eigenschaften dieser Erfindung für Fachleuchte leicht ersichtlich und Fachleute können verschiedene Veränderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Anwendungen und Bedingungen anzupassen, ohne dabei von ihrem Geist und Umfang abzuweichen.

Claims

Gebläserad, das Folgendes umfasst: eine Nabe, die eine erste Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch mit und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei eine Dicke der äußeren Umfangskante weniger als etwa 2,5 mm beträgt.
Gebläserad nach Anspruch 1, wobei eine effektive Flügelaustrittshöhe des wenigstens einen Flügels im Wesentlichen der gesamten Flügelaustrittsöffnung des wenigstens einen Flügels entspricht.
Gebläserad nach Anspruch 1, wobei die Dicke der äußeren Umfangskante in einem Bereich von etwa 0,0 mm bis zu etwa 1,5 mm liegt.
Gebläserad nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche der Nabe an ihrer äußeren Umfangskante allgemein bogenförmig ist.
Gebläserad nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der ersten Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen ersten Fläche endet und eine zweite Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen zweiten Fläche endet.
Gebläserad nach Anspruch 5, wobei die erste Fläche im Wesentlichen parallel zu der zweiten Fläche ist.
Gebläserad nach Anspruch 5, wobei wenigstens eine der ersten Fläche und der zweiten Fläche im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Nabe ist.
Gebläserad nach Anspruch 5, wobei die Nabe eine im Wesentlichen ebene dritte Fläche beinhaltet, die zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche verläuft.
Gebläserad nach Anspruch 8, wobei die dritte Fläche im Wesentlichen lotrecht zu einer Rotationsachse der Nabe ist.
Gebläserad nach Anspruch 8, wobei eine Breite der dritten Fläche der Nabe im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,5 mm liegt.
Gebläserad, das Folgendes umfasst: eine Nabe, die eine äußere Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch zu und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei eine effektive Flügelaustrittshöhe des wenigstens einen Flügels im Wesentlichen einer gesamten Flügelaustrittsöffnung des wenigstens einen Flügels entspricht.
Gebläserad nach Anspruch 11, wobei die äußere Oberfläche der Nabe an ihrer äußeren Umfangskante allgemein bogenförmig ist.
Gebläserad nach Anspruch 11, wobei die Nabe eine im Wesentlichen ebene Fläche beinhaltet.
Gebläserad nach Anspruch 13, wobei eine Breite der Fläche der Nabe in einem Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2,5 mm liegt.
Gebläserad, das Folgendes umfasst: eine Nabe, die eine innere Oberfläche, einen äußere Oberfläche und eine äußere Umfangskante aufweist; einen Außenring, der konzentrisch zu und in einem Abstand von der Nabe angeordnet ist; und wenigstens einen Flügel, der zwischen der Nabe und dem Außenring verläuft, wobei wenigstens eine der äußeren Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen äußeren Fläche endet und die innere Oberfläche der Nabe in einer im Wesentlichen ebenen inneren Fläche endet.
Gebläserad nach Anspruch 15, wobei eine Dicke der äußeren Umfangskante in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm liegt.
Gebläserad nach Anspruch 15, wobei die äußere Fläche im Wesentlichen parallel zu der inneren Fläche ist.
Gebläserad nach Anspruch 15, wobei die Nabe eine im Wesentlichen ebene untere Fläche beinhaltet, die zwischen der äußeren Fläche und der inneren Fläche verläuft.
Gebläserad nach Anspruch 18, wobei die untere Fläche im Wesentlichen lotrecht zu einer Rotationsachse der Nabe liegt.
Gebläserad nach Anspruch 18, wobei eine Breite der unteren Fläche der Nabe im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,5 mm liegt.