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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Lüftungsanordnung, speziell für einen Wärmeaustauscher eines Motorfahrzeugs, und insbesondere eine Lüftungsanordnung mit einer Rezirkulations-Schutzeinrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft speziell eine Lüftungsanordnung des Typs, umfassend: eine Stützkonstruktion oder Haube, in der ein Kanal definiert ist, der mindestens einen ersten und einen zweiten axialen Bereich mit jeweils einem größeren und kleineren Querschnitt hat, wobei die Bereiche durch einen Zwischenverbindungsbereich miteinander verbunden sind, und ein motorbetriebenes Gebläse mit einem Antriebsrad, das in dem Kanal drehbar montiert ist und eine Vielzahl von Schaufeln hat, die sich zwischen einer zentralen Nabe und einem randseitigen Ring erstrecken. Der randseitige Ring hat einen im Wesentlichen zylindrischen Hauptbereich, mit dem radial äußeren Enden der Schaufeln verbunden sind und an den sich eine nach außen divergierende Endlippe anschließt. Die Anordnung ist dergestalt, dass zwischen dem randseitigen Ring des Antriebsrads und der Wand des Kanals der Stützkonstruktion oder Haube ein ringförmiger Durchlass definiert ist. Der ringförmige Durchlass hat einen ersten Bereich, der zwischen der Lippe des randseitigen Rings des Antriebsrads und dem Verbindungsbereich des Kanals definiert ist und sich in eine Richtung mit einer radialen Komponente erstreckt, und einen im Wesentlichen axialen zweiten Bereich, der zwischen dem zylindrischen Bereich des randseitigen Rings des Antriebsrads und dem zweiten Bereich des Kanals definiert ist.
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Derartige Lüftungsanordnungen gemäß dem Stand der Technik sind in den 1a bis 1d der anliegenden Zeichnungen teilweise und schematisch in einem Querschnitt dargestellt. In diesen Figuren ist die Stützkonstruktion oder Haube, die für eine Befestigung an einem Wärmeaustauscher vorgesehen ist, mit Bezugsziffer 1 gekennzeichnet, und das Antriebsrad des zugeordneten motorbetriebenen Gebläses ist insgesamt mit Bezugsziffer 2 gekennzeichnet. Der in der Haube 1 gebildete Kanal 3 hat zwei Bereiche 3a und 3b mit jeweils einem größeren und einem kleineren Querschnitt, wobei die Bereich durch einen Zwischenverbindungsbereich 3c (siehe zum Beispiel die 1a und 1b miteinander verbunden sind.
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Das Antriebsrad 2 hat eine zentrale Nabe 4, von der sich eine Vielzahl von Schaufeln 5 erstreckt, deren radial äußere Enden mit einem randseitigen Ring verbunden sind, der mit Bezugsziffer 6 gekennzeichnet ist. Der Ring hat einen im Wesentlichen zylindrischen Hauptbereich 6a, mit dem die Schaufeln 5 verbunden sind und an den sich eine radial nach außen divergierende Endlippe 6b anschließt. Der zwischen dem Kanal 3 und dem Ring 6 definierte ringförmige Durchlass ist mit Bezugsziffer 7 gekennzeichnet.
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In der Variante gemäß 1a erstreckt sich die Lippe 6b des Rings 6 des Antriebsrads etwa in derselben allgemeinen Ebene wie die Haube 1, während in der Ausführungsform gemäß 1b die Lippe 6b bezüglich der allgemeinen Ebene zurückversetzt ist und sich in dem ersten Bereich 3a des Kanals 3 erstreckt.
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In der Variante gemäß 1c erstreckt sich die Lippe 6b des Rings 6 des Antriebsrads über den Kanal 3 hinaus, mit einem gegebenen Abstand von der allgemeinen Ebene der Haube 1.
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In der Variante gemäß 1d schließlich ist das Antriebsrad 2 relativ zur Haube 1 und zu dem Kanal 3 im Wesentlichen wie in 1b positioniert, doch hat die Haube 1 einen zugeordneten Rezirkulations-Schutzring 9, auch als Akustikring bekannt, der sich radial in Richtung auf die Achse des Antriebsrads erstreckt und dem Antriebsrad 2 teilweise gegenüberliegt und in manchen Fällen in Richtung auf das Antriebsrad 2 gekrümmt ist.
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Die Haube 1 und das Antriebsrad sind in der typischen Weise durch Formgebungsverfahren aus thermoplastischen Polymeren hergestellt, wobei ihre Ausgestaltung besonderer Beachtung insofern bedarf, als die Notwendigkeit einer Gewichtsreduzierung mit jener einer angemessenen Festigkeit in Einklang gebracht werden muss. Die Antriebsräder sind Komponenten, die während ihres Betriebs einer hohen dynamischen Beanspruchung ausgesetzt sind, und ihre Verformungen und Bewegungen müssen angemessen berücksichtigt werden, um einen Kontakt mit stationären Teilen zu vermeiden. Aus diesen Gründen müssen die Spalten zwischen den verschiedenen Teilen in geeigneter Weise bemessen sein. Der Durchsatz und der Druck des erzeugten Luftstroms bei diesen Spalten, die aus Sicherheitsgründen überdimensioniert sind, werden wegen einer Zunahme des Geräusches, eines erhöhten Stromverbrauchs und eines geringeren Betriebswirkungsgrad nicht aufgewogen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Daher wird eine Lüftungsanordnung des eingangs definierten Typs gewünscht, die die Leistungsmerkmale bekannter Lösungen gemäß dem Stand der Technik verbessern kann, insbesondere hinsichtlich einer Verringerung der Rezirkulationsströmungen und des Geräusches, einer Verringerung des Stromverbrauchs und einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads.
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Erfindungsgemäß wird die mit einer Lüftungsanordnung des eingangs definierten Typs erreicht, die hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lippe des randseitigen Rings des Antriebsrads eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form hat, mit einem Neigungswinkel zwischen 115° und 145°, und dass der Verbindungsbereich des vorgenannten Kanals ebenfalls eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form hat, wobei ein Neigungswinkel zumindest annähernd jenem der Lippe des Antriebsrads entspricht.
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Gemäß einem weiteren kennzeichnenden Merkmal hat die Lippe des randseitigen Rings des Antriebsrads eine kegelstumpfartige Außenfläche mit einem linearen Profil und eine Innenfläche mit einem konvexen Profil, insbesondere einem parabolischen Profil.
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In einer Ausführungsform hat die Stützkonstruktion oder die Haube einen zugeordneten Rezirkulations-Schutzring, der sich an dem Ende des ersten Bereichs des vorgenannten Kanals, das dem zweiten Bereich dieses Kanals gegenüberliegt, erstreckt. Dieser Rezirkulations-Schutzring ist der Lippe des randseitigen Rings des Antriebsrads zugekehrt und konvergiert in Richtung auf das Antriebsrad, mit einem Neigungswinkel, der zumindest ähnlich wie jener der Lippe des Antriebsrads ist.
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Zweckmäßigerweise ist in dem ringförmigen Durchlass, der zwischen dem randseitigen Ring des Antriebsrads und dem Kanal der Haube definiert ist, ein ringförmiger Vorsprung vorgesehen, der sich von der Verbindungszone zwischen dem Rezirkulations-Schutzring und dem ersten Bereich des vorgenannten Kanals in Richtung auf die Lippe des randseitigen Rings des Antriebsrads erstreckt und dabei eine lokale Verengung in dem ringförmigen Durchlass definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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Die bereits beschriebenen 1a bis 1d sind Teilschnittansicht, die schematisch Lösungen gemäß dem Stand der Technik darstellen;
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2 ist eine Teilschnittansicht einer Lüftungsanordnung gemäß vorliegender Erfindung;
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3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den 2 und 3, in denen die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, sind Teile und Elemente, die bereits beschrieben wurde, mit den gleichen Bezugsziffern, wie sie vorstehend verwendet wurden, gekennzeichnet.
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Die Lüftungsanordnung, die in den 2 und 3 dargestellt ist, hat ebenfalls eine Stützkonstruktion oder Haube 1, die aus geformtem Kunststoff hergestellt ist und einen Kanal 3 definiert, in dem ein Antriebsrad 2 montiert ist, das in der an sich bekannten und nicht beschriebenen Weise durch einen Elektromotor angetrieben wird, zum Beispiel durch eine Gleichstrommotor mit oder ohne Bürsten.
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Das Antriebsrad 2 hat eine zentrale Nabe 4, von der sich eine Vielzahl von Schaufeln 5 erstreckt, deren radial äußeren Enden mit dem zylindrischen Hauptbereich 6a des randseitigen Rings 6 verbunden sind, der an einem Ende eine nach außen divergierende Lippe 6b bildet. Die Lippe 6b ist im Wesentlichen kegelstumpfförmig, mit einem Neigungswinkel α (Winkel der Divergenz von der Achse) zwischen 115° und 145°.
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Der durch die Haube 1 definierte Kanal 3 hat einen ersten und einen zweiten axialen Bereich 3a und 3b, die im Wesentlichen zylindrisch sind und jeweils einen größeren und einen kleineren Querschnitt aufweisen. Diese Bereiche 3a und 3b des Kanals 3 sind durch einen Zwischenverbindungsbereich 3c verbunden, der ebenfalls im Wesentlichen kegelstumpfförmg ist, mit einem Neigungswinkel, der zumindest annähernd jenem der Lippe 6b des randseitigen Rings 6 des Antriebsrads 2 entspricht. Insbesondere liegt der Verbindungsbereich 3c des Kanals 3 der Außenfläche der Lippe 6b zumindest annähernd parallel gegenüber.
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Wie in 3 deutlicher zu erkennen ist, ist ein insgesamt mit Bezugsziffer 7 gekennzeichneter ringförmiger Durchlass 7 zwischen dem randseitigen Ring 6 des Antriebsrads 2 und der Wand des Kanals 3 gebildet. Der Durchlass 7 umfasst einen ersten Bereich 7a, der zwischen der Lippe 6b des Rings 6 und dem Verbindungsbereich 3c der Wand des Kanals 3 definiert ist. Dieser Bereich 7a des ringförmigen Durchlasses 7 erstreckt sich in eine Richtung, die einen Winkel relativ zur Achse der Lüftungsanordnung bildet und deshalb eine radiale Komponente aufweist. Der Durchlass 7 umfasst auch einen im Wesentlichen axialen zweiten Bereich 7b, der zwischen dem zylindrischen Bereich 6a des Rings 6 und dem Bereich 3b der Wand des Kanals 3 definiert ist.
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In der dargestellten Ausführungsform hat die Wand des Kanals 3 einen weiteren Bereich 3d, der sich an den Bereich 3b auf der gegenüberliegenden Seite der Bereiche 3a und 3c anschließt. Dieser dritte Bereich 3d erstreckt sich axial über den randseitigen Ring 6 des Antriebsrads 2 hinaus und hat ebenfalls eine kegelstumpfartige Form, die von dem Antriebrad 2 weg konvergiert. Der Bereich 3d er Wand der Leitung 3 hat einen Neigungswinkel, der ebenfalls zumindest annähernd jenem des Verbindungsbereichs 3c und der Lippe 6b des Rings 6 entspricht.
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Eine ringförmige Ansaugöffnung, die 3 mit Bezugsziffer 8 gekennzeichnet ist, ist zwischen dem distalen Rand des Wandbereichs 3d und der Unterkante des zylindrischen Bereichs 6a des Rings 6 definiert.
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In der Ausführungsform, die in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der Stützkonstruktion oder Haube 1 ein Rezirkulations-Schutzring 9 zugeordnet. Dieser Ring 9 erstreckt sich an dem oberen Ende des ersten Bereichs 7a des Kanals 7 auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Bereichs 7b des Kanals 7. Der Rezirkulations-Schutzring 9 hat einen distalen Bereich 9a, der der Lippe 6b des randseitigen Rings 6 des Antriebsrads 2 gegenüberliegt. Dieser Bereich 9a des Rings 9 hat zumindest annähernd eine kegelstumpfartige Form, die in Richtung auf das Antriebsrad 2 konvergiert, mit einem Neigungswinkel, der durchschnittlich zumindest annähernd jenem der vorgenannten Lippe 6b entspricht.
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Die Lippe 6b des randseitigen Rings 6 des Antriebsrads 2 hat eine kegelstumpfförmige Außenfläche 6c mit einem im Wesentlichen linearen Profil und eine Innenfläche 6d mit einem konvexen Profil, insbesondere parabolischen Profil (3).
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Der Rezirkulations-Schutzring 9 hat zweckmäßigerweise eine konkave, vorzugsweise parabolische Innenfläche 9b und eine konvexe, ebenfalls vorzugsweise parabolische Außenfläche 9c. Ein weiterer Bereich 7c des Durchlasses 7 ist zwischen der Innenfläche 6d der Lippe 6b des Rings 6 und der Innenfläche 9b des Rezirkulations-Schutzrings 9 definiert.
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In dem ringförmigen Durchlass 7 erstreckt sich von der Verbindungszone zwischen dem Rezirkulations-Schutzring 9 und dem ersten Bereich 3a des Kanals 3 ein ringförmiger Vorsprung 10 in Richtung auf die Lippe 6b des randseitigen Rings 6 des Antriebsrads 2. Der ringförmige Vorsprung 10 schafft relativ zu der distalen Kante der Lippe 6b eine lokale Verengung in dem ringförmigen Durchlass.
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Wenngleich, wie in den 2 und 3 dargestellt, der Rezirkulations-Schutzring 9 und der ringförmige Vorsprung 10 in einem Stück mit der Stützkonstruktion oder Haube 1 ausgebildet, ist in zweckmäßiger Weise auch deren von der Stützkonstruktion oder Haube getrennte Ausbildung möglich, um die damit verbundenen Formgebungsprozesse zu vereinfachen und insbesondere die Notwendigkeit einer Herstellung von hinterschnittenen Teilen zu vermeiden.
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Während des Betriebs bewirkt die Drehung des Antriebsrads 2 die Induktion eines Luftstroms durch den Kanal 3 der Haube 1, wie durch die Flusslinien angegeben, die in 3 durch die gestrichelten Linien dargestellt sind.
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Ein kleiner Bruchteil des induzierten Luftstroms rund um den randseitigen Ring 6 des Antriebsrads 2, wie durch die Flusslinie F in 3 angegeben. Dieser Luftstrom dringt durch die Öffnung 8, die Bereiche 7b, 7a und dann den Bereich 7c dieses Durchlasses in den ringförmigen Durchlass 7 ein.
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Mit der erfindungsgemäßen Lüftungsanordnung, die wie vorstehend beschrieben realisiert ist, lässt sich der Luftstrom durch den ringförmigen Durchlass, der zwischen dem randseitigen Ring des Antriebsrads und der Wand des Kanals der Haube definiert ist, auf ein Minimum zu reduzieren. Es ist auch möglich, die Spalten zwischen dem randseitigen Ring des Antriebsrads, der Kanalwand der Haube und dem Rezirkulations-Schutzring zu verkleinern.
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Es versteht sich, dass die Stützkonstruktion oder Haube sich auf eine Haube oder auf eine Stützkonstruktion bezieht, die als Haube wirkt, so dass der Luftstrom durch den Kanal gelenkt werden kann. Die Haube kann auch als Stützkonstruktion wirken, um beispielsweise das Gebläse zu stützen.
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Es ist offensichtlich, dass die Ausführungsformen und Konstruktionsdetails, die vorstehend anhand eines die Erfindung nicht einschränkenden Beispiels beschrieben wurden, weitgehend variiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in nur einer Ausführungsform kombiniert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso separat oder in geeigneten Unterkombinationen vorhanden sein.
