DE102015113785A1

DE102015113785A1 - Kühlluftschnittstelle in einem Gebläsegehäuse

Info

Publication number: DE102015113785A1
Application number: DE102015113785.2A
Authority: DE
Inventors: Detlef Handwerk; Johannes Stausberg; Harald Jung
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: US20170051750A1; US10302095B2; CN106467002B; KR20170022833A; KR101745217B1; DE102015113785B4; CN106467002A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftschnittstelle (3) in einem Gebläsegehäuse (1), die zur Abzweigung einer zur Kühlung des Gebläsemotors erforderlichen Luftmenge an Kühlluft (6) aus einem Hauptluftstrom (5) auf der Druckseite des Gebläses (1) und zur Zuführung dieser Kühlluft (6) zum zu kühlenden Gebläsemotor vorgesehen ist, umfassend einen Kühlluftkanal (11) mit einer Eintrittsöffnung (10), der in einen eine Kühlluftaustrittsöffnung (16) aufweisenden Kühlluftdurchgang (7) mündet, über den die Kühlluft (6) zum Gebläsemotor zugeführt werden kann. Dabei gehen an die Eintrittsöffnung (10) angrenzende Wandbereiche (12, 13) des Hauptluftströmungspfades (5), die sich – bezogen auf die Richtung des Hauptluftstroms (5) – vor und nach der Eintrittsöffnung (10) befinden, im weiteren Verlauf hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung (10) und in den Kühlluftkanal (11) hinein ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in einander gegenüberliegende Kühlluftkanalwände (14, 15) des Kühlluftkanals (11) über. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass, bedingt durch die gerundete Geometrie der Kühlluftschnittstelle (3) zum Kühlluftdurchgang (7) des Gebläsemotors, die Luftströmung im Hauptluftstrom (5) in diesem Bereich nicht gestört wird und somit auch akustisch negative Einflüsse vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftschnittstelle in einem Gebläsegehäuse, die zur Abzweigung einer zur Kühlung des Gebläsemotors erforderlichen Luftmenge an Kühlluft aus einem Hauptluftstrom auf der Druckseite des Gebläses und zur Zuführung dieser Kühlluft zum zu kühlenden Gebläsemotor vorgesehen ist.
Zur Belüftung und Klimatisierung von Kraftfahrzeugen werden in der Regel kompakte Aggregate, im weiteren Verlauf HVAC (Heiz-Lüftungs-und Klimaanlage) genannt, verwendet, welche die für die Anforderung notwendigen Komponenten beinhalten. Ein erforderliches Bauteil innerhalb einer HVAC stellt das Gebläse dar, welches die Luft zwecks Behandlung, zum Beispiel Reinigung oder Klimatisierung, durch die HVAC fördert. Die Luft wird dem Gebläse im Umluftbetrieb aus dem Fahrzeuginnenraum, im Frischluftbetrieb aus dem Fahrzeugaußenbereich, oder im Mischluftbetrieb in Form einer Mischung aus Frisch- und Umluft zugeführt. Der Elektromotor des Gebläses erzeugt neben der mechanischen Leistung am Laufrad noch Abwärme, welche in der Regel mittels Luftzirkulation abgeführt wird. Hierzu wird auf der Druckseite des Gebläses eine Schnittstelle im Luftstrom eingefügt, welche die erforderliche Luftmenge zur Motorkühlung fördert. Die erwärmte Luft strömt dann aus dem Elektromotor wieder zur Saugseite des Gebläses.
Bedingt durch hohe Luftgeschwindigkeiten sowie die Anordnung und Geometrie der Schnittstelle der HVAC zum Kühlluftkanal des Motors gibt es sehr häufig tonale Effekte, welche das akustische Ergebnis des Klimagerätes negativ beeinflussen. Meist werden Schnittstellen mit geraden Kanten oder Ecken verwendet, welche im Luftstrom zu mehr oder weniger starken Störungen und damit oft verbunden zu tonalen Effekten führen.
Die JP 2008 203502 A beschreibt ein Gebläse, bei dem ein Teil der in einem Ausstoßdurchgang eines spiralförmigen Luftströmungspfades strömenden Luft in eine Eintrittsöffnung eines Kühlluftdurchgangs durch einen Luftzufuhrkanal eingeleitet wird, der – ausgehend von einer Lufteinleitungsöffnung – gleichmäßig in einer S-Kurvenform gebogen ist. Da der Luftzufuhrkanal – ausgehend von der Eintrittsöffnung des Kühlluftdurchgangs – eine S-Kurvenform mit einer Vielzahl von Biegungen aufweist, entweichen nur wenige im Kühlluftdurchgang erzeugte Resonanzgeräusche durch den Luftzufuhrkanal in den Ausstoßdurchgang. Das Gebläse soll damit störende Resonanzgeräusche aus dem Kühlluftdurchgang reduzieren und gleichzeitig ein ausreichendes Luftvolumen für die Motorkühlung sicherstellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Geometrie der HVAC-Schnittstelle zum Kühlluftdurchgang des Gebläses zu definieren, welche den Hauptluftstrom so wenig wie möglich negativ beeinflusst und damit auch das akustische Verhalten möglichst nicht negativ verändert. Weiterhin ist es das Ziel, den Kühlluftdurchgang zum Gebläse möglichst unter allen Betriebsbedingungen mit der erforderlichen Luftmenge zu versorgen und ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit weitestgehend zu verhindern.
Die Aufgabe wird durch eine Kühlluftschnittstelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühlluftschnittstelle ist in einem Gebläsegehäuse angeordnet und zur Abzweigung einer zur Kühlung des Gebläsemotors erforderlichen Luftmenge an Kühlluft aus einem Hauptluftstrom auf der Druckseite des Gebläses und zur Zuführung dieser Kühlluft zum zu kühlenden Gebläsemotor vorgesehen. Die Kühlluftschnittstelle umfasst einen Kühlluftkanal mit einer Eintrittsöffnung, der in einen eine Kühlluftaustrittsöffnung aufweisenden Kühlluftdurchgang mündet, über den die Kühlluft zum Gebläsemotor zugeführt werden kann. Dabei gehen an die Eintrittsöffnung angrenzende Wandbereiche des Hauptluftströmungspfades, die sich – bezogen auf die Richtung des Hauptluftstroms – vor und nach der Eintrittsöffnung befinden, im weiteren Verlauf hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung und in den Kühlluftkanal hinein ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in einander gegenüberliegende Kühlluftkanalwände des Kühlluftkanals über.
Vorzugsweise sind die sich gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände wenigstens teilweise mit einer gleichbleibenden Krümmung oder einer stetigen Änderung der Krümmung versehen, so dass der Kühlluftkanal zumindest teilweise gebogen ausgebildet ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der gesamte Kühlluftkanal eine gebogene Form auf, also an keiner Stelle Kanten, das heißt, keine abrupte Änderungen der Krümmung der gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände. Die Kühlluftkanalwände und damit auch der Kühlluftkanal sind dabei bevorzugt schneckenförmig gekrümmt, wobei die bezogen auf den Hauptluftstrom vordere Kühlluftkanalwand, die von der Eintrittsöffnung ausgeht, die innere und damit kürzere schneckenförmig gebogene Wand ist, während die hintere Kühlluftkanalwand die äußere, längere schneckenförmig gebogene Wand bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mündet der Kühlluftkanal in einen Kühlluftdurchgang, wobei in dem Kühlluftdurchgang, bezogen auf die Strömungsrichtung der Kaltluft nach der Mündung des Kühlluftkanals aber noch vor der Kühlluftaustrittsöffnung, eine Rippe zum Rückhalt von Wasser angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Konzeption besteht darin, dass im Bereich der Kühlluftschnittstelle zum Kühlluftdurchgang des Gebläsemotors auf Ecken und Kanten verzichtet wird und in diesem Bereich lediglich gerundete Flächen Anwendung finden. Als gerundete beziehungsweise gekrümmte Flächen ohne Kanten gelten in diesem Zusammenhang Flächen ohne eine abrupte Änderung der Krümmung: Krümmung beschreibt hier die Änderung der Richtung der Flächennormalen der Wand, welche auch als Änderung des Tangentenwinkels definiert werden kann. Bei einer gleichmäßigen Krümmung beschreibt die Wand dabei einen Kreisbogen, während eine Kante eine unstetige Änderung der Krümmung, also eine abrupte Änderung beschreibt. Im weiteren Verlauf können diese Flächen in sich vorzugsweise schneckenförmig eingedreht sein. Als Schneckenform kann dabei eine stetige Änderung der Krümmung betrachtet werden, mit anderen Worten, die Krümmung ändert sich nicht diskontinuierlich.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass, bedingt durch die gerundete Geometrie der Kühlluftschnittstelle zum Kühlluftdurchgang des Gebläsemotors, die Luftströmung im Hauptluftstrom in diesem Bereich nicht gestört wird und somit auch akustisch negative Einflüsse vermieden werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterstützt eine sich anschließende schneckenförmige Anordnung der Flächen des Kühlluftkanals die Abscheidung von Schmutz und Feuchtigkeit aus dem Kühlluftstrom für den Gebläsemotor.
Durch die Änderung der Position des Kühlluftkanals im Hauptluftstrom sowie durch eine Variation des Abstands der gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände im Bereich der Eintrittsöffnung kann das Luftströmungsbild beeinflusst und optimiert sowie der Anteil der vom Hauptluftstrom abgezweigten Kühlluft am Hauptluftstrom beeinflusst werden. Der Anteil an der vom Hauptluftstrom abgezweigten Kühlluft am Hauptluftstrom kann auch durch eine Variation der Höhe der Eintrittsöffnung eingestellt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: ein Gebläsegehäuse mit einer Kühlluftschnittstelle für den Gebläsemotor, Stand der Technik,
2: eine perspektivische Ansicht des unteren Teils des Gebläsegehäuses mit einer erfindungsgemäßen Kühlluftschnittstelle,
3: eine detaillierte Draufsicht auf die Kühlluftschnittstelle des Gebläsegehäuses,
4: eine schematische Seitenansicht des Gebläsegehäuses im verbauten Zustand und
5: eine detaillierte Darstellung des Bereichs einer Eintrittsöffnung in einen Kühlluftkanal.
Die 1 zeigt als Beispiel aus dem Stand der Technik eine Draufsicht auf ein Gebläse 1, genauer gesagt, ein Gebläsegehäuse 1 mit eingebautem Gebläselaufrad 2a. Das Gebläse 1 fördert Luft zwecks Behandlung, zum Beispiel Reinigung oder Klimatisierung, durch die HVAC. Die Luft wird dem Gebläse 1 im Umluftbetrieb aus dem Fahrzeuginnenraum, im Frischluftbetrieb aus dem Fahrzeugaußenbereich, oder im Mischluftbetrieb in Form einer Mischung aus Frisch- und Umluft zugeführt. Ein in 1 nicht dargestellter Elektromotor des Gebläses 1 erzeugt neben der mechanischen Leistung am Gebläselaufrad 2a noch Abwärme, welche in der Regel mittels Luftzirkulation abgeführt wird. Hierzu wird auf der Druckseite des Gebläses 1 eine Kühlluftschnittstelle 3 im Luftstrom 4 eingefügt, welche aus dem Hauptluftstrom 5 die erforderliche Luftmenge an Kühlluft 6 zur Kühlung des Elektromotors über einen Kühlluftdurchgang 7 fördert. Im Kühlluftdurchgang 7 ist zusätzlich eine Rippe 8 zum Rückhalt von Wasser vorgesehen. Die erwärmte Luft strömt dann aus dem Elektromotor wieder zur Saugseite des Gebläses 1.
Bedingt durch hohe Luftgeschwindigkeiten sowie die Anordnung und Geometrie der Kühlluftschnittstelle 3 der HVAC zum Kühlluftdurchgang 7 des Elektromotors, gibt es sehr häufig tonale Effekte, welche das akustische Ergebnis des Klimagerätes negativ beeinflussen. Wie in 1 dargestellt, werden häufig Kühlluftschnittstellen 3 mit geraden Kanten und Ecken 9 verwendet, welche im Luftstrom 4 zu mehr oder weniger starken Störungen und – damit oft verbunden – zu tonalen Effekten führen. Die 1 zeigt dabei ein Beispiel mit hohem Potential für tonale Auffälligkeiten.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des unteren Teils 1a eines Gebläsegehäuses mit einer erfindungsgemäßen Kühlluftschnittstelle 3. Das Gebläsegehäuse weist eine Gebläseöffnung 2b zur Montage des nicht dargestellten Gebläselaufrads auf. Des Weiteren umfasst das Gebläsegehäuse die Kühlluftschnittstelle 3, die dafür vorgesehen ist, dass ein Teil der Luft 4, die, aus einem kreis- beziehungsweise spiralförmig um die Gebläseöffnung 2b verlaufenden Luftströmungspfad 4 kommend, auf der Druckseite des Gebläses stromabwärts durch einen Hauptluftströmungspfad 5 strömt und davon abzweigend in eine Eintrittsöffnung 10 eines Kühlluftkanals 11 eingeleitet wird, der in den Kühlluftdurchgang 7 mündet, über den die Kühlluft zum in 2 nicht gezeigten Elektromotor des Gebläses gelangen kann.
Die Kühlluftschnittstelle 3 umfasst neben dem Kühlluftkanal 11 und dessen Eintrittsöffnung 10 die an die Eintrittsöffnung 10 angrenzenden Wandbereiche 12, 13 des Hauptluftströmungspfades 5. Dabei ist der erste Wandbereich 12, bezogen auf die Luftströmungsrichtung 5, vor der Eintrittsöffnung 10 und der zweite Wandbereich 13, bezogen auf die Luftströmungsrichtung 5, nach der Eintrittsöffnung 10 positioniert. Der Wandbereich 12 vor der Eintrittsöffnung 10 geht hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung 10 und im weiteren Verlauf ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in eine erste Kühlluftkanalwand 14 des Kühlluftkanals 11 über. Der Wandbereich 13 nach der Eintrittsöffnung 10 geht hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung 10 und im weiteren Verlauf ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in eine zweite Kühlluftkanalwand 15 des Kühlluftkanals 11 über. Somit finden im Bereich der HVAC-Schnittstelle zum Kühlluftkanal 11 des Gebläse-Elektromotors lediglich gerundete Flächen Anwendung, was gleichzeitig bedeutet, dass auf Ecken und Kanten (vgl. 1) verzichtet wird. Beide Kühlluftkanalwände 14, 15 sind voneinander beabstandet, wobei der Abstand der Kanalbreite entspricht, die im weiteren Verlauf des Kühlluftkanals 11 konstant oder variabel sein kann. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kühlluftkanal 11 im weiteren Verlauf schneckenförmig gebogen, wobei innerhalb der Schneckenform des Kühlluftkanals 11 die Kühlluftkanalwand 14 die innere und damit kürzere schneckenförmig gebogene Wand 14 und die Kühlluftkanalwand 15 die äußere längere schneckenförmig gebogene Wand 15 bildet.
Die 3 zeigt eine detaillierte Draufsicht auf die Kühlluftschnittstelle 3 des Gebläsegehäuses, über die ein vom Hauptluftstrom 5 abgezweigter Kühlluftstrom 6 in den Kühlluftdurchgang 7 und schließlich zur Kühlluftaustrittsöffnung 16 gelangt. Es wird auf Kanten im Hauptluftströmungspfad 5 verzichtet, wobei die sich den Wandbereichen 12, 13 und der Eintrittsöffnung 10 des Kühlluftkanals 11 anschließende schneckenförmige Eindrehung der Flächen der Kühlluftkanalwände 14, 15 die Abscheidung von Schmutz und Feuchtigkeit unterstützt. Im Kühlluftdurchgang 7 ist gemäß des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels zusätzlich eine Rippe 8 zum Rückhalt von Wasser vorgesehen.
Die 4 zeigt eine schematische Seitenansicht des Gebläsegehäuses 1 entsprechend dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im verbauten Zustand in der HVAC, wobei das untere Gehäuseteil 1a und das obere Gehäuseteil 1b der HVAC montiert sind. Das in der Gebläseöffnung eingebaute Gebläselaufrad 2a und der eintretende Luftstrom sind schematisch dargestellt. Die Luft wird dem Gebläse 1 im Umluftbetrieb aus dem Fahrzeuginnenraum, im Frischluftbetrieb aus dem Fahrzeugaußenbereich, oder im Mischluftbetrieb in Form einer Mischung aus Frisch- und Umluft zugeführt.
Die 4 zeigt die in Form von Pfeilen die auf der Saugseite des Gebläses 1 zunächst in das Gebläse 1 eintretende Luft 4, die anschließend aus einem kreisförmig beziehungsweise spiralförmig um das Gebläselaufrad 2a verlaufenden Luftströmungspfad kommend, auf der Druckseite des Gebläses stromabwärts durch einen Hauptluftströmungspfad 5 strömt. Die an die Eintrittsöffnung 10 angrenzenden Wandbereiche 12, 13 entlang des Hauptluftströmungspfades 5 gehen jeweils hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung 10 und im weiteren Verlauf ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in die einander gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände 14, 15 des Kühlluftkanals 11 über.
Die 5 zeigt detailliert den Bereich der Eintrittsöffnung 10 des Kühllufteinrittskanals 11 einschließlich den an die Eintrittsöffnung 10 angrenzenden Wandbereichen 12, 13. Beide Kühlluftkanalwände 14, 15 sind voneinander beabstandet, wobei der Abstand der Kühlluftkanalwände 14, 15 der Kanalbreite 17 entspricht, die im weiteren Verlauf des Kühlluftkanals 11 konstant oder variabel sein kann. Durch eine Variation der Kanalbreite 17 im Bereich der Eintrittsöffnung 10 und der Höhe 18 der Eintrittsöffnung 10 des Kühlluftkanals 11 kann der Anteil der Kühlluft am Hauptluftstrom eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gebläsegehäuse, Gebläse
1a: unterer Teil des Gebläsegehäuses
1b: oberer Teil des Gebläsegehäuses
2a: Gebläselaufrad
2b: Gebläseöffnung zur Montage des Gebläselaufrads
3: Kühlluftschnittstelle
4: Luftstrom, Luft, Luftströmungspfad
5: Hauptluftstrom, Hauptluftströmungspfad, Luftströmungsrichtung (des Hauptluftstroms)
6: Kühlluft, Kühlluftstrom
7: Kühlluftdurchgang
8: Rippe zum Rückhalt von Wasser
9: Kanten und Ecken
10: Eintrittsöffnung
11: Kühlluftkanal
12: (erster) Wandbereich (angrenzend an die Eintrittsöffnung 10)
13: (zweiter) Wandbereich (angrenzend an die Eintrittsöffnung 10)
14: Kühlluftkanalwand, kürzere schneckenförmig gebogene Wand
15: Kühlluftkanalwand, längere schneckenförmig gebogene Wand
16: Kühlluftaustrittsöffnung
17: Kanalbreite
18: Höhe der Eintrittsöffnung 10

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008203502 A [0004]

Claims

Kühlluftschnittstelle (3) in einem Gebläsegehäuse (1), die zur Abzweigung einer zur Kühlung des Gebläsemotors erforderlichen Luftmenge an Kühlluft (6) aus einem Hauptluftstrom (5) auf der Druckseite des Gebläses (1) und zur Zuführung dieser Kühlluft zum zu kühlenden Gebläsemotor vorgesehen ist, umfassend einen Kühlluftkanal (11) mit einer Eintrittsöffnung (10), der in einen eine Kühlluftaustrittsöffnung (16) aufweisenden Kühlluftdurchgang (7) mündet, über den die Kühlluft (6) zum Gebläsemotor zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eintrittsöffnung (10) angrenzende Wandbereiche (12, 13) des Hauptluftströmungspfades (5), die sich – bezogen auf die Richtung des Hauptluftstroms (5) – vor und nach der Eintrittsöffnung (10) befinden, im weiteren Verlauf hin zur angrenzenden Eintrittsöffnung (10) und in den Kühlluftkanal (11) hinein ohne Ecken und Kanten in Form von gerundeten Flächen in einander gegenüberliegende Kühlluftkanalwände (14, 15) des Kühlluftkanals 11 übergehen.
Kühlluftschnittstelle (3), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände (14, 15) wenigstens teilweise mit einer gleichbleibenden Krümmung oder einer stetigen Änderung der Krümmung versehen ist, so dass der Kühlluftkanal (11) zumindest teilweise gebogen ausgebildet ist.
Kühlluftschnittstelle (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Kühlluftkanal (11) eine gebogene Form aufweist, also an keiner Stelle Kanten, das heißt abrupte Änderungen der Krümmung der gegenüberliegenden Kühlluftkanalwände (14, 15), aufweist.
Kühlluftschnittstelle (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftkanalwände (14, 15) und damit auch der Kühlluftkanal (11) schneckenförmig gekrümmt sind, wobei die – bezogen auf den Hauptluftstrom (5) – vordere Kühlluftkanalwand (14), die von der Eintrittsöffnung (10) ausgeht, die innere und damit kürzere schneckenförmig gebogene Wand (14) ist, während die hintere Kühlluftkanalwand (15) die äußere, längere schneckenförmig gebogene Wand (15) ist.
Kühlluftschnittstelle (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlluftdurchgang (7), in den der Kühlluftkanal (11) mündet, bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlluft (6) nach der Mündung des Kühlluftkanals (11) aber noch vor der Kühlluftaustrittsöffnung (16), eine Rippe (8) zum Rückhalt von Wasser angeordnet ist.