DE102017008293A1

DE102017008293A1 - Lüfterrad und Kühlerlüftermodul mit einem solchen Lüfterrad

Info

Publication number: DE102017008293A1
Application number: DE102017008293.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Froh; Michael Mauss
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-07
Also published as: CN109424581A; US20190072105A1; RS62490B1; ES2893474T3; KR102208327B1; MX2018010666A; EP3450716B1; CN109424581B; EP3450716A1; US11022139B2; KR20190026622A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad 1, aufweisend einen Nabentopf 10 und eine Mehrzahl von Schaufelblättern 30, welche an dem Nabentopf 10 angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand 12 des Nabentopfs 10 in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei jedes Schaufelblatt 30 eine Vorderkante VK und eine Hinterkante HK aufweist, wobei für wenigstens ein Schaufelblatt 30 der Verlauf einer Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK} und/oder der Verlauf einer Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK} des Schaufelblattes eine aperiodisch wellige Form aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlerlüftermodul mit einem Lüfterrad der vorbeschriebenen Art sowie die Verwendung eines solchen Lüfterrades in einem Kraftfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere mit rückwärtsgesichelten Schaufelblättern, für ein Kühlerlüftermodul, insbesondere ein elektrisch betriebenes Kühlerlüftermodul, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, führt hauptsächlich diejenige Wärme ab, welche an die Wände von Brennräumen und Zylindern abgegeben wird, weil der Verbrennungsprozess nicht ideal verläuft. Da zu hohe Temperaturen den Motor beschädigen würden (Abreißen des Schmierfilms, Verbrennen der Ventile etc.), muss der Verbrennungsmotor aktiv gekühlt werden.
Moderne Verbrennungsmotoren, insbesondere Viertaktmotoren in Kraftfahrzeugen, werden bis auf wenige Ausnahmen flüssigkeitsgekühlt, wobei in der Regel ein Gemisch aus Wasser, Frostschutzmittel und Korrosionsschutzmittel als Kühlflüssigkeit zum Einsatz kommt.
Die Kühlflüssigkeit wird über Schläuche, Rohre und/oder Kanäle durch den Motor (Zylinderkopf und Motorblock) sowie ggfs. durch thermisch stark beanspruchte Anbauteile des Motors, wie Abgasturbolader, Generator oder Abgasrückführkühler, gepumpt. Hierbei nimmt die Kühlflüssigkeit Wärmeenergie auf und führt sie aus den oben genannten Komponenten ab. Die erwärmte Kühlflüssigkeit fließt weiter zu einem Kühler. Dieser Kühler - früher oftmals aus Messing, heute zumeist aus Aluminium - ist meist an der Front des Kraftahrzeuges angebracht, wo ein Luftstrom Wärmeenergie vom Kühlmittel aufnimmt und dieses damit abkühlt, bevor es wieder zum Motor zurückfließt, wodurch der Kühlmittelkreislauf geschlossen ist.
Um die Luft durch den Kühler zu treiben, wird in Strömungsrichtung gesehen vor dem Kühler (d.h. stromaufwärtig) oder nach dem Kühler (d.h. stromabwärtig) ein Kühlerlüftermodul vorgesehen, welches mechanisch über einen Riementrieb oder elektrisch über einen Elektromotor angetrieben sein kann. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf ein elektrisch angetriebenes Kühlerlüftermodul.
Ein Kühlerlüftermodul besteht klassisch aus einer Lüfterzarge, welche eine Lüfterradausnehmung aufweist, und einem Lüfterrad, welches drehbar in der Lüfterradausnehmung gehalten ist.
Die Geometrie des Lüfterrades beeinflusst maßgeblich sowohl die geförderte Luftmenge als auch die akustischen Eigenschaften des Kühlerlüftermoduls.
Klassische Lüfterräder (s. 1A und 1B) weisen an den Schaufelblättern eine wenigstens im Wesentlichen ebene oder leicht gebogene Kantengeometrie auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Lüfterrad anzugeben, welches insbesondere hinsichtlich seiner Luftfördereigenschafen und/oder seiner Akustikeigenschaften vorteilhaft ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lüfterrad gemäß Anspruch 1 und ein Kühlerlüftermodul gemäß Anspruch 10 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen des Lüfterrades und des Kühlerlüftermoduls sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Lüfterrad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen, insbesondere um eine Rotationsachse rotationssymmetrischer, Nabentopf; und eine Mehrzahl von Schaufelblättern, welche an dem Nabentopf angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand des Nabentopfs in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei jedes Schaufelblatt eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei für wenigstens ein Schaufelblatt, insbesondere einige der Schaufelblätter, insbesondere alle Schaufelblätter, gilt: eine Referenzgerade definiert ist durch: einen ersten Punkt auf einer Rotationsachse des Lüfterrades; eine radiale Erstreckung durch den ersten Punkt und senkrecht zu der Rotationsachse; und einen zweiten Punkt, welcher eine kreisbogenförmige Kante am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt in zwei gleichlange Abschnitte unterteilt, wobei eine Referenzebene definiert ist durch eine zur Rotationsachse parallel verschobene Gerade und eine zur Referenzgerade parallel verschobene Gerade, wobei die Verschiebung dergestalt ist, dass sich diese in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet vollständig vor dem Schaufelblatt befindet, wobei in der Referenzebene eine Orthogonalprojektion der Vorderkante des Schaufelblattes und eine Orthogonalprojektion der Hinterkante des Schaufelblattes abgebildet sind; wobei in der Referenzebene eine z-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der Rotationsachse in der Referenzebene, welche in der Referenzebene ausgehend von der Orthogonalprojektion der Rotationsachse um einen Außenradius des Nabentopfes in radialer Richtung nach außen parallel verschoben ist; wobei in der Referenzebene eine y-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der radialen Erstreckung in der Referenzebene; wobei auf der y-Achse ein relativer Einheitsradius t(r) angetragen ist, welcher wie folgt definiert ist: $t (r) = \frac{r - R_{i}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei R_i ein Außenradius des Nabentopfes ist, was insbesondere wenigstens im Wesentlichen einem Innenradius des Schaufelblattes entspricht; R_a ein Außenradius des Schaufelblattes ist; und r der Abstand zwischen der Rotationsachse und der zu betrachtenden, insbesondere zylinderförmigen, Schnittebene, welche im Abstand r von der Rotationsachse auf der zugehörigen Referenzgerade senkrecht steht, wobei r ∈ [R_i ;R_a ], wobei der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und/oder der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) eine aperiodisch wellige Form aufweist.
Dies ist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft, da sich auf diese Weise eine günstige Luftvolumenströmung erzielen lässt. Vergleichsmessungen, welche in der Figurenbeschreibung im Detail erläutert werden, haben gezeigt, dass ein Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung einen höheren Luftvolumenstrom erreichen kann, insbesondere erreicht, gegenüber einem ansonsten baugleichen Lüfterrad mit ebener bzw. gebogener Hinterkante. Mit anderen Worten: Der gleiche Luftvolumenstrom lässt sich erzeugen mit einer Leistungsersparnis bzw. einem langsamer laufenden Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung. Alternativ kann bei gleicher Leistung ein höherer Luftvolumenstrom erzielt werden.
Ein „Lüfterrad“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine rotationssymmetrische Komponente, welche eine Nabe, insbesondere einen Nabentopf, welcher das Lüfterrad mit einem Motor, insbesondere über eine aus diesem herausragende Welle, verbindet in einer Weise, dass das Drehmoment, welches von dem Motor erzeugt wird, wenigstens im Wesentlichen vollständig auf das Lüfterrad übertragen wird. Weiterhin weist das Lüfterrad eine Mehrzahl an Schaufelblättern auf, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, sobald das Lüfterrad in eine rotatorische Bewegung versetzt wird. Die Schaufelblätter sind dabei bevorzugt gegenüber der Rotationsachse geneigt in einem Winkelbereich von -90° bis +90°.
Ein „Nabentopf“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein zentraler Teil des Lüfterrades, welcher wenigstens im Wesentlichen in der Mitte des Lüfterrades angeordnet ist, eine Verbindung mit einem Antrieb, insbesondere einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, bereitstellt, diesen Antrieb, insbesondere Motor, insbesondere Elektromotor, zumindest teilweise abdeckt und welcher wie ein klassischer Topf eine wenigstens im Wesentlichen ebene Basisfläche und eine sich daran anschließende Zylinderfläche zusammensetzt. Insbesondere sind an dieser zylinderförmigen Außenwand die Schaufelblätter angeordnet, insbesondere angeformt.
Ein „Schaufelblatt“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein gegenüber einer Ebene, auf welcher die Rotationsachse senkrecht steht, geneigter flacher Körper, welcher an dem Nabentopf angeordnet ist und welcher dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, sobald das Lüfterrad in eine rotatorische Bewegung versetzt wird. Unter Schaufelblättern im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere auch Flügel oder Rotorblätter verstanden.
Eine „Vorderkante“ des Schaufelblattes im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere diejenige Kante, welche in Rotationsrichtung vorauseilt.
Eine „Hinterkante“ eines Schaufelblattes im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere diejenige Kante des Schaufelblattes, welche in Rotationsrichtung betrachtet nacheilt.
Eine „Orthogonalprojektion“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Abbildung eines Punkts auf eine Ebene, so dass die Verbindungslinie zwischen dem Punkt und seinem Abbild mit dieser Ebene einen rechten Winkel bildet. Das Abbild hat dann von allen Punkten der Ebene den kürzesten Abstand zum Ausgangspunkt. Die Orthogonalprojektion ist damit ein Spezialfall einer Parallelprojektion, bei der die Projektionsrichtung gleich der normalen Richtung der Ebene ist.
Ein „relativer Einheitsradius“ im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt einen Punkt bzw. eine, insbesondere zylinderförmige, Ebene in einem definierten Abstand von der Rotationsachse auf normierte Weise, was zu einer verbesserten Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Lüfterrädern führt.
„Aperiodisch“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Form, welche sich asymmetrisch über den relativen Einheitsradius erstreckt, das heißt mit anderen Worten, es kann keine Symmetrieachse gefunden werden, welche den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und/oder den Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in zwei zueinander identische Teilfunktionen unterteilt. Mit anderen Worten: Es handelt sich bei dem Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und/oder dem Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) nicht um eine Funktion, deren Funktionswerte sich in regelmäßigen Abständen wiederholen.
„Wellige“ Form im Sinne der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die zweite Ableitung der zugrundeliegenden Funktion stets stetig ist.
Mit anderen Worten liegt der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, der Vorderkante und/oder der Hinterkante eine aperiodisch wellige Form zu geben, was zu einer einzigartigen Ausgestaltung des Schaufelblattes führt, wie sie über die Kantengeometrie (Verlauf der Relativposition der Vorder- bzw. Hinterkante) beschrieben ist. In dieser erfindungsgemäßen Form liegt der Schlüssel zur erhöhten Luftleistung bzw. zur oben beschriebenen Leistungsersparnis.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) auf einen dritten Punkt rückbezogen, welcher in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet der vorderste Punkt am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt ist und/oder die Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) ist auf einen vierten Punkt rückbezogen, welcher in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet der hinterste Punkt am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise die Relativposition der Vorder- und/oder Hinterkante auf einen definierten Punkt rückbezogen ist, um somit aus der Relativposition eine Absolutposition in Abhängigkeit des dritten und/oder vierten Punktes bestimmen zu können.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung das Lüfterrad ein oder mehrere in Drehrichtung gesehen rückwärtsgesichelte Schaufelblätter auf. Dies ist insbesondere wesentlich, da für Lüfterräder mit vorwärts- und rückwärtsgesichelten Schaufelblättern grundlegend anders gelagerte aerodynamische Verhältnisse vorliegen, welche unter anderem einen signifikanten Einfluss auf den geförderten Luftvolumenstrom haben. Rückwärtsgesichelt im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Spitze des Schaufelblattes mit dem Außenradius R_a in Drehrichtung betrachtet der Mitte des Schaufelblattes nacheilt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Lüfterrad einen wenigstens im Wesentlichen kreisförmigen Außenring auf, welcher Blattspitzen der Schaufelblätter miteinander verbindet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise eine erhöhte mechanische Festigkeit des Lüfterrades erreicht wird und ein definierter, wenigstens im Wesentlichen konstanter, Spalt zwischen einem Zargenring und dem Außenring bereitgestellt wird, was wiederum zu vorteilhaften aerodynamischen und/oder akustischen Effekten führt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuchsstudien herausgestellt haben, dass ein, insbesondere lokales, Maximum in dem angegebenen Bereich einen wesentlichen Anteil zu der Erhöhung des Luftvolumenstroms beiträgt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuchsstudien herausgestellt haben, dass ein, insbesondere lokales, Minimum in dem angegebenen Bereich einen wesentlichen Anteil zu der Erhöhung des Luftvolumenstroms beiträgt.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keinen oder höchstens einen Tiefpunkt auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise das Lüfterrad wenigstens im Wesentlichen geradlinig ausläuft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass weitere Wellen nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keine weitere deutliche Leistungsersparnis erzielen.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keinen oder höchstens einen Hochpunkt auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise das Lüfterrad wenigstens im Wesentlichen geradlinig ausläuft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass weitere Wellen nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keine weitere deutliche Leistungsersparnis erzielen.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung sind der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander, insbesondere verläuft die Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in einem Bereich um eine an der Symmetrieachse geometrisch exakt gespiegelte Kurve von +/- 20 %, insbesondere +/- 10 %, des Wertes der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) auf. Insbesondere entspricht die Symmetrieachse einer, insbesondere waagerechten, Gerade mit folgender Eigenschaft: $P O S_{r e l} (t) = 0$
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass ein wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrischer Verlauf von Vorder- und Hinterkante zueinander besonders positive Ergebnisse erzielt.
Mit anderen Worten: Durch das Schaufelblatt verläuft mittig oder leicht außermittig, z.B. bei 40 % der Schaufelblattausdehnung in Drehrichtung, eine gebogene Schwenkachse durch das Schaufelblatt, um welche inkrementelle Scheiben des Schaufelblattes, welche senkrecht auf der Schwenkachse stehen, einzeln ausgerichtet werden. Somit ergibt sich über die Schwenkachse ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Relativposition derVorderkante POS_{rel_VK}(t) und dem Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t).
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllt der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung: $P O S_{r e l_V K} (t) = \frac{- (A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt:

t₀ ∈[0;0,5], insbesondere t₀ ∈[0;0,25], insbesondere t₀ ∈ [0;0,1]
N ∈[1;8], insbesondere N ∈[2; 5], insbesondere N ∈[2;4]
a ∈[-1,5;1,5], insbesondere a ∈[-1,0;1,0], insbesondere a ∈[-0,5;0,5]
A₁, ∈[-10;10], insbesondere A₁ ∈[-8;8], insbesondere A₁ ∈[-5;5]
A₂ ∈[-10;10], insbesondere A₂ ∈[-8; 8], insbesondere A₂ ∈[-5;5]
A₃ ∈[-10;10], insbesondere A₃ ∈[-8;8], insbesondere A₃ ∈[-5;5]; und
A₄ ∈[-10 ;10], insbesondere A₄ ∈[-8;8], insbesondere A₄ ∈[- 5; 5].

₀

₁

₂

₃

₄

POS_{rel_VK}(t)

Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllt der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung: $P O S_{r e l_H K} (t) = \frac{(A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt:

t₀ ∈[0;0,5], insbesondere t₀ ∈[0;0,25], insbesondere t₀ ∈[0;0,1]
N ∈[1;8], insbesondere N ∈[2;5], insbesondere N ∈[2;4]
a ∈[-1,5;1,5], insbesondere a ∈[-1,0;1,0], insbesondere a ∈[-0,5;0,5]
A₁ ∈[-10;10], insbesondere A₁ ∈[-8;8], insbesondere A₁ ∈[-5;5]
A₂ ∈[-10;10], insbesondere A₂ ∈[-8;8], insbesondere A₂ ∈[-5;5]
A₃ ∈[-10;10], insbesondere A₃ ∈[-8;8], insbesondere A₃ ∈[-5;5]; und
A₄ ∈[-10;10], insbesondere A₄ ∈[-8;8], insbesondere A₄ ∈[-5;5].

₁

₂

₃

₄

POS_{rel_HK}(t)

Das erfindungsgemäße Lüfterrad nach einer der hier beschriebenen Ausführungen ist insbesondere vorgesehen zum Einsatz in Verbindung mit einer Lüfterzarge mit vorne liegenden Streben, d.h. die Streben liegen in Hauptstromrichtung gesehen vor dem Lüfterrad.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kühlerlüftermodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lüfterzarge, eine Lüfterradausnehmung, welche in der Lüfterzarge ausgebildet ist, wobei die Lüfterradausnehmung durch einen Zargenring begrenzt wird, einen Motorhalter, welcher innerhalb der Lüfterradausnehmung angeordnet ist und welcher über Streben mit der Lüfterzarge mechanisch verbunden ist, einen Motor, insbesondere Elektromotor, welcher zumindest teilweise in dem Motorhalter gehalten ist, und ein Lüfterrad, welches in der Lüfterradausnehmung angeordnet ist und welches von dem Motor rotatorisch angetrieben wird, wobei das Lüfterrad nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Ein „Kühlerlüftermodul“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Baugruppe, welche in Strömungsrichtung gesehen vor oder nach einem Kühler eines Fahrzeugs angeordnet ist und welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, welcher sich durch den Kühler hindurch oder um den Kühler herum erstreckt, wobei der Luftvolumenstrom thermische Energie von dem Kühler aufnimmt.
Eine „Lüfterzarge“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Rahmen, in welchem das Lüfterrad gehalten ist, und selbst wiederum bevorzugt an oder in der Nähe eines Kühlers angeordnet, insbesondere befestigt, ist. Eine Lüfterzarge im Sinne der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt ein Kunststoffmaterial, insbesondere einen Kunststoff-Compound, auf, insbesondere ist die Lüfterzarge aus diesem gebildet. Zusätzlich und/oder alternativ weist die Lüfterzarge ein Metallmaterial, zum Beispiel Eisen, Stahl, Aluminium, Magnesium oder dergleichen, auf, insbesondere ist zumindest teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen, insbesondere vollständig, aus diesem gebildet. Nach einer Ausführung kann eine Lüfterzarge auch mehr als eine Lüfterradausnehmung, einen Motorhalter, einen Motor und ein Lüfterrad aufweisen, insbesondere ist die vorliegende Erfindung zum Einsatz in Kühlerlüftermodulen mit zwei oder mehr, insbesondere zwei, Lüfterrädern geeignet. Nach einer Ausführung weist die Lüfterzarge zusätzlich wenigstens eine verschließbare Öffnung, insbesondere wenigstens eine Klappe, insbesondere eine Mehrzahl derselben, auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise weitere Luftführungseigenschaften realisiert werden können.
Eine „Lüfterradausnehmung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Materialaussparung innerhalb der Lüfterzarge. In der Lüfterradausnehmung erstrecken sich nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung Streben, welche einen ebenfalls in der Lüfterradausnehmung angeordneten Motorhalter mit der Lüfterzarge mechanisch, insbesondere und elektrisch und/oder elektronisch, verbinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lüfterradausnehmung durch einen Zargenring begrenzt.
Ein „Zargenring“ im Sinne der vorliegenden Erfindung begrenzt die Lüfterradausnehmung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Lüfterrades, wobei die Ebene insbesondere mit der Erstreckungsrichtung der Lüfterzarge wenigstens im Wesentlichen identisch ist. Der Zargenring kann entweder durch eine Kante der Lüfterradausnehmung gebildet sein und/oder eine sich in axialer Richtung ausdehnende Zylinderfläche aufweisen, welche bevorzugt einteilig mit der Lüfterzarge ausgebildet ist.
Ein „Motorhalter“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zur mechanischen Befestigung des Motors an der Lüfterzarge, insbesondere zur Bereitstellung des dem Lüfterrad entgegenwirkenden Drehmoments. Nach einer Ausführung ist der Motorhalter eine wenigstens im Wesentlichen ringförmige Struktur, in welcher der Motor gehalten ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise eine vorteilhafte Kühlluftströmung durch den Motor nicht beeinträchtigt wird.
„Streben“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere balken- oder sichelförmige Strukturen, welche eine mechanische Verbindung zwischen dem Motorhalter und der Lüfterzarge bereitstellen. Beispielhaft können die Streben einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen, um vorteilhafte aerodynamische und/oder akustische Effekte zu erzielen.
Ein „Motor“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Maschine, die mechanische Arbeit verrichtet, indem sie eine Energieform, zum Beispiel thermische/chemische oder elektrische Energie, in Bewegungsenergie, insbesondere ein Drehmoment, umwandelt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise die Lüfterzarge bis auf die Zufuhr von Energie wenigstens im Wesentlichen autark betrieben werden kann, das heißt ohne von extern mit Bewegungsenergie versorgt zu werden, wie zum Beispiel über einen Keil- oder Zahnriemen.
Ein „Elektromotor“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein elektromechanischer Wandler (elektrische Maschine), der elektrische Leistung in mechanische Leistung, insbesondere in ein Drehmoment, umwandelt. Der Begriff Elektromotor im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst, ist aber nicht beschränkt auf Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren und Drehstrommotoren bzw. bürstenbehaftete und bürstenlose Elektromotoren bzw. Innenläufer- und Außenläufermotoren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da elektrische Energie eine im Vergleich zu mechanischer oder chemischer Energie leicht zu übertragende Energieform darstellt, mit welcher das erforderliche Drehmoment zum Antrieb des Lüfterrades bereitgestellt wird.
Für die Vorteile eines derart ausgestalteten Kühlerlüftermoduls sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Streben des Kühlerlüftermoduls in Strömungsrichtung gesehen vor dem Lüfterrad angeordnet. Dies ist insbesondere relevant, da vorne- und hintenliegende Streben zu voneinander wesentlich verschiedenen aerodynamischen Rahmenbedingungen führen und das hier beschriebene Lüfterrad besonders vorteilhaft bei vorneliegenden Streben eingesetzt werden kann, wie umfangreiche Versuche ergaben.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Lüfterrades der hier beschriebenen Art oder eines Kühlerlüftermoduls der hier beschriebenen Art in einem Kraftfahrzeug. Dies ist insbesondere wesentlich, da die hier beschriebene Art eines Lüfterrades in besonders vorteilhafter Weise mit den äußeren Bedingungen am Einbauort zum Tragen kommt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

1A ein Lüfterrad aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Oberseite;
1B eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt des bekannten Lüfterrades der 1A mit Blickrichtung aus der Referenzebene in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Oberseite des Lüfterrades nach unten weist;
2A ein Lüfterrad nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Oberseite;
2B eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt des Lüfterrades der 2A mit Blickrichtung aus der Referenzebene in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Oberseite des Lüfterrades nach unten weist;
3 ein Lüfterrad aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung zur Beschreibung einer Referenzebene;
4 den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) über den relativen Einheitsradius eines Lüfterrades gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
5 einen Vergleich eines vorbekannten Lüfterrades mit einem Lüfterrad nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
6 ein Kühlerlüftermodul mit dem Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.

1A zeigt ein Lüfterrad 1 aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Oberseite und 1B zeigt eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt 30 des bekannten Lüfterrades der 1A mit Blickrichtung aus der Referenzebene in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Oberseite (entspricht der Saugseite) des Lüfterrades 1 nach unten weist.
Das Lüfterrad 1 weist gemäß den 1A, 1B, 2A, 2B und 3 einen um eine Rotationsachse R rotationssymmetrischen Nabentopf 10 auf. An dem Nabentopf 10 ist eine Mehrzahl von Schaufelblättern 30 angeordnet, die sich von einer zylinderförmigen Außenwand 12 des Nabentopfes 10 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Eine Drehrichtung D ist in den 1A und 2A durch einen Pfeil angegeben. Dementsprechend ist die Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn. Eine Hauptstromrichtung der geförderten Luft ist mit HSR gekennzeichnet. Das Lüfterrad 1 weist einen wenigstens im Wesentlichen kreisförmigen Außenring 20 auf, welcher Blattspitzen der Schaufelblätter 30 miteinander verbindet.
Bezüglich der 1B (und der 2B) ist anzumerken, dass die Lage der Rotationsachse R hinsichtlich ihres Abstandes zur zylinderförmigen Außenwand 12 des Nabentopfs 10 bzw. der Innenkante des Schaufelblattes 30 (gekennzeichnet durch die Punkte P3 une P4) als nicht-maßstabsgerecht zu sehen ist, d.h. die Orientierung ist verbindlich, die Lage jedoch nicht.
Wie den 1A und 1B zu entnehmen ist, weisen die Schaufelblätter 30 gemäß dem Stand der Technik in einer Orthogonalprojektion ebene oder gebogene Vorderkanten VK und ebene oder gebogene Hinterkanten HK auf.
2A zeigt ein Lüfterrad 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung und 2B eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt 30 des Lüfterrades der 2A mit Blickrichtung aus der Referenzebene E_REF in einer perspektivischen Darstellung.
Im Vergleich zu Ausführungen eines Lüfterrades 1 gemäß dem Stand der Technik (siehe 1A und 1B) weist das Lüfterrad 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung gemäß den 2A, 2B Schaufelblätter 30 mit einer aperiodisch wellenförmigen Hinterkante HK auf.
Bezüglich der Perspektive der Schnittansicht sei auf die folgenden Ausführungen zur 3 verwiesen.
3 zeigt ein Lüfterrad 1 aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung zur Beschreibung einer Referenzebene E_REF.
Im Folgenden soll die Betrachtungsebene zur Beschreibung von Vorderkante VK und Hinterkante HK definiert werden. Das in 3 dargestellte Lüfterrad weist keine erfindungsgemäße Schaufelblattgeometrie auf, was zur Beschreibung der Referenzebene E_REF nicht von Belang ist, da die diesbezüglichen Ausführungen in gleicher Weise auch für erfindungsgemäße Ausführungen gelten.
Ausgehend von der Rotationsachse R wird eine Referenzgerade G_REF definiert durch einen ersten Punkt P1 auf der Rotationsachse R des Lüfterrades 1, eine radiale Erstreckung E durch den ersten Punkt P1 und senkrecht zu der Rotationsachse R und einen zweiten Punkt P2, welcher eine kreisbogenförmige Kante am Übergang von dem Nabentopf 10 zu dem Schaufelblatt 30 in zwei gleich lange Abschnitte unterteilt. Mit anderen Worten: Es wird derjenige Radius ermittelt, welcher durch den Punkt P2 verläuft. Der Punkt P2 stellt den Mittelpunkt der Übergangskante von Nabentopf 10 zu Schaufelblatt 30 dar, insbesondere der dem Topfboden zugewandten Kante des Schaufelblattes 30. Eine andere wenigstens im Wesentlichen identische Definition von P2 lässt sich über einen Winkel herleiten: Benötigt werden zwei Hilfsradien, wobei der erste Hilfsradius durch P1 und einem dritten Punkt P3 der Übergangskante zwischen zylinderförmiger Außenwand und Schaufelblatt verläuft und einem zweiten Hilfsradius, welcher durch einen vierten Punkt P4 der Übergangskante von dem Nabentopf 10 zu dem Schaufelblatt 30 verläuft und aus diesem Winkel, welcher zwischen den beiden Hilfsradien eingeschlossen ist, die Winkelhalbierende gebildet wird. Der Punkt, an welchem besagte Winkelhalbierende die zylinderförmige Außenwand 12 schneidet, insbesondere an einer Außenseite derselben, ist P2. Ausgehend von G_REF wird eine Referenzebene E_REF definiert durch eine zur Rotationsachse R parallel verschobene Gerade und eine zur Referenzgerade G_REF parallel verschobene Gerade, wobei die Verschiebung dergestalt ist, dass sich diese in Drehrichtung D des Lüfterrades 1 betrachtet vollständig vor dem Schaufelblatt 30 befindet. Auf der Referenzebene E_REF ist eine Orthogonalprojektion der Vorderkante VK des Schaufelblattes 10 und eine Orthogonalprojektion der Hinterkante HK des Schaufelblattes 10 abgebildet. Die Blickrichtung B zeigt, wie in den 1B und 2B auf jeweils ein Schaufelblattsegment des Lüfterrades 1 geblickt wird.
In der Referenzebene E_REF wird ein Koordinatensystem bestehend aus z-Achse und y-Achse aufgespannt. Dies ist für die Beschreibung des Verlaufs der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und des Verlaufs der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t)maßgeblich. Die z-Achse ist definiert durch eine Orthogonalprojektion der Rotationsachse R in der Referenzebene E_REF, welche in einem zweiten Schritt in der Referenzebene E_REF ausgehend von der Orthogonalprojektion der Rotationsachse R um einen Außenradius R_i des Nabentopfes 10 in radialer Richtung nach außen parallel verschoben ist. Mit anderen Worten: Die z-Achse ist in ihrer Ausrichtung unverändert, wird jedoch in zwei Schritten parallel verschoben, nämlich einmal durch die Orthogonalprojektion auf die Referenzebene E_REF und dann durch die Verschiebung in der Referenzebene E_REF um R_i . Das bedeutet, dass die z-Achse durch die Orthogonalprojektion von P2 auf E_REF verläuft. Die y-Achse ist definiert durch eine Orthogonalprojektion der radialen Erstreckung E in der Referenzebene E_REF. Der Ursprung dieses y-z-Koordinatensystems ist durch den Schnittpunkt der beiden Achsen definiert.
Auf der y-Achse ist ein relativer Einheitsradius t(r) angetragen, welcher wie folgt definiert ist: $t (r) = \frac{r - R_{i}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei

R_i: ein Außenradius des Nabentopfes 10 ist, was insbesondere wenigstens im Wesentlichen einem Innenradius des Schaufelblattes 30 entspricht;
R_a: ein Außenradius des Schaufelblattes 30 ist; und
r: der Abstand zwischen der Rotationsachse R und der zu betrachtenden Schnittebene S, welche im Abstand r von der Rotationsachse R auf der zugehörigen Referenzgerade G_REF senkrecht steht, wobei r ∈[R_i ;R_a ].

4 zeigt einen den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) über den relativen Einheitsradius eines Lüfterrades gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die horizontale Achse entspricht der oben beschriebenen y-Achse und die vertikale Achse entspricht der oben beschriebenen z-Achse. Auf der horizontalen Achse ist der relative Einheitsradius t(r) angetragen.
Auf der vertikalen Achse ist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) jeweils in normierter Form angetragen.
Die Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) ergibt sich durch $P O S_{r e l_V K} (t) = \frac{- (A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
und die Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) ergibt sich durch $P O S_{r e l_H K} (t) = \frac{(A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei jeweils to einen Offset des relativen Einheitsradius zur Einstellung des Scheitelpunktes am Nabentopf, N die Anzahl der Schwingungen über den axialen Einheitsradius, a einen Schwingungskoeffizienten zur Skalierung der Wellenlänge und der Einstellung der Lage des, insbesondere lokalen, Extrempunkts (d.h. für die Vorderkante: Minimum; für die Hinterkante: Maximum), A₁ einen quadratischen Polynomkoeffizienten, A₂ einen linearen Polynomkoeffizienten, A₃ einen Koeffizienten der axialen Auffädelung, d.h. zur Einstellung des linearen Verlaufs der Vorder- bzw. Hinterkante vom Nabentopf zur Schaufelblattspitze bzw. zum Außenring und A₄ eine relative Basisauslenkung („Start“-Auslenkung) der Vorder- bzw. Hinternkante am Nabentopf beschreibt. Die oben genannten Funktionen beschreiben die aperiodisch wellige Form des Verlaufs der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) sowie der Hinterkante POS_{rel_HK}(t).
Es ist zu sehen, dass der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum aufweist und der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist.
Wie der beispielhaften Ausführungsform der 4 ebenfalls zu entnehmen ist, weist der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keinen oder höchstens einen Tiefpunkt auf und/oder der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keinen oder höchstens einen Hochpunkt auf.
Wie der 4 ebenfalls zu entnehmen ist, sind der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander, insbesondere verläuft die Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in einem Bereich um einen geometrisch eindeutig ermittelten Verlauf einer gespiegelten Kurve von +/- 20 %, insbesondere +/- 10 %, des Wertes der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t).
Der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) der exemplarischen Ausführungsform der 4 folgt in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgender Bedingung: $P O S_{r e l_V K} (t) = \frac{- (A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt:

t₀ ∈[0;0,5]
N ∈[1;8]
a ∈[-1,5;1,5]
A₁ ∈[-10;10]
A₂ ∈[- 10; 10]
A₂ ∈[-10;10] und
A₄ ∈[-10;10].

Der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) der exemplarischen Ausführungsform der 4 folgt in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgender Bedingung: $P O S_{r e l_H K} (t) = \frac{(A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt:

t₀ ∈[0;0,5]
N ∈[1;8]
a ∈[-1,5;1,5]
A₁ ∈[-10;10]
A₂ ∈[-10;10]
A₃ ∈[-10;10] und
A₄ ∈[-10;10]

Der in 4 dargestellte Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) ergibt sich wenigstens im Wesentlichen, insbesondere absolut, unter Zugrundelegung der folgenden Parameter:

t₀ =0,04
N=4
a =0
A₁ =0
A₂ =2
A₃ =4 und
A₄ =0.

Der in 4 dargestellte Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) ergibt sich wenigstens im Wesentlichen, insbesondere absolut, unter Zugrundelegung der folgenden Parameter:

t₀ =0,04
N=4
a =0
A₁ =0
A₂ =2
A₃ =-5 und
A₄ =0.

Die 5 zeigt einen Vergleich eines vorbekannten Lüfterrades 1 mit einem Lüfterrad 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Dargestellt werden:

eine Druckzahl ψ, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser D_w, der Luftdichte p und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl das durch das Lüfterrad erzeugte Totaldruckgefälle Δp_t (setzt sich zusammen aus statischen und dynamischen Anteilen) zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Seite desselben beschreibt: $ψ = \frac{2 Δ p_{t}}{π^{2} ρ D_{w}^{2} n^{2}}$
eine Leistungszahl λ, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser D_w, der Luftdichte p und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl eine Eingangs-Leistung P_wel beschreibt: $λ = \frac{8 P_{w e l}}{π^{4} ρ D_{w}^{5} n^{3}}$

_wel

Des Weiteren wird dargestellt:

ein Gesamt-Wirkungsgrad η, welcher die Eingangs-Leistung P_wel mit dem erzeugten Totaldruckgefälle Δp_t über den geförderten Volumenstrom V̇ in Beziehung setzt. $η = \frac{Δ p_{t} \dot{V}}{P_{w e l}}$

Auf der x-Achse des Diagramms ist eine Volumenzahl φ angetragen, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser D_w und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl den geförderten Volumenstrom V̇ beschreibt: $φ = \frac{4 \dot{V}}{π^{2} D_{w}^{3} n}$
Mit anderen Worten: Die angegebenen Kennzahlen werden mit der Kreiszahl π, der Luftdichte p in kg/m³, dem wirksamen Durchmesser (D_w = 2R_a) in m und der Drehzahl n in 1/s entdimensioniert. Somit ist die Vergleichbarkeit mit nicht-baugleichen Lüfterrädern gegeben.
Wie zu erkennen ist, wird bei nahezu gleicher Leistung (ähnliche Leistungszahl) eine höhere Druckzahl (=>Totaldruckerhöhung) erzielt, sodass sich eine deutliche Wirkungsgradsteigerung im relevanten Volumenzahl-Bereich ergibt.
6 zeigt ein Kühlerlüftermodul 100 mit dem Lüfterrad 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Das Kühlerlüftermodul 100 weist eine Lüfterzarge 2 auf, wobei eine Lüfterradausnehmung 40 in der Lüfterzarge 2 ausgebildet ist, welche durch einen Zargenring 42 begrenzt wird. Ein Motorhalter (vom Nabentopf 10 verdeckt) ist innerhalb der Lüfterradausnehmung 40 angeordnet und über Streben 44 mit der Lüfterzarge 2 mechanisch verbunden. In dem Motorhalter ist ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, zumindest teilweise gehalten (ebenfalls vom Nabentopf 10 verdeckt). Ein Lüfterrad 1 ist in der Lüfterradausnehmung 40 angeordnet und wird von dem Motor rotatorisch angetrieben. Das Lüfterrad 1 entspricht einer Ausführung eines Lüfterrades 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Zur detaillierten Ausgestaltung des Lüfterrades 1 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die Streben 44 sind gemäß der Ausführungsform der 6 in Strömungsrichtung gesehen vor dem Lüfterrad angeordnet, wobei die Strömungsrichtung senkrecht aus der Abbildung der 6 heraus zeigt.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Insbesondere ist eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lüfterzarge auch geeignet, Abwärme aus Komponenten eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs abzuführen. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Lüfterrad
2: Zarge
10: Nabentopf
12: (zylinderförmige) Außenwand des Nabentopfs 10
20: Außenring
30: Schaufelblatt
40: Lüfterradausnehmung
42: Zargenring
44: Streben
100: Kühlerlüftermodul
HK: Hinterkante
VK: Vorderkante
B: Blickrichtung
D: Drehrichtung
E: Radiale Erstreckung
E_REF: Referenzebene
G_REF: Referenzgerade
HSR: Hauptstromrichtung
P1: Erster Punkt
P2: Zweiter Punkt
P3: Dritter Punkt
P4: Vierter Punkt
POS_{rel_VK}(t): Relativposition der Vorderkante
POS_{rel_HK}(t): Relativposition der Hinterkante
r: Abstand zwischen Rotationsachse R und Schnittebene S
R: Rotationsachse
R_a: Außenradius des Schaufelblattes 30
R_i: Außenradius des Nabentopfes 10
S: Schnittebene
y: y-Achse
z: z-Achse

Claims

Lüfterrad (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen, insbesondere um eine Rotationsachse (R) rotationssymmetrischer, Nabentopf (10); und eine Mehrzahl von Schaufelblättern (30), welche an dem Nabentopf (10) angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand (12) des Nabentopfs (10) in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei jedes Schaufelblatt (30) eine Vorderkante (VK) und eine Hinterkante (HK) aufweist, wobei für wenigstens ein Schaufelblatt (30), insbesondere einige der Schaufelblätter (30), insbesondere alle Schaufelblätter (30), gilt: eine Referenzgerade (G_REF) definiert ist durch: einen ersten Punkt (P1) auf einer Rotationsachse (R) des Lüfterrades (1); eine radiale Erstreckung (E) durch den ersten Punkt (P1) und senkrecht zu der Rotationsache (R); und einen zweiten Punkt (P2), welcher eine kreisbogenförmige Kante am Übergang von dem Nabentopf (10) zu dem Schaufelblatt (30) in zwei gleichlange Abschnitte unterteilt, wobei eine Referenzebene (E_REF) definiert ist durch eine zur Rotationsache (R) parallel verschobene Gerade und eine zur Referenzgerade (G_REF) parallel verschobene Gerade, wobei die Verschiebung dergestalt ist, dass sich diese in Drehrichtung (D) des Lüfterrades (1) betrachtet vollständig vor dem Schaufelblatt (30) befindet, wobei in der Referenzebene (E_REF) eine Orthogonalprojektion der Vorderkante (VK) des Schaufelblattes (30) und eine Orthogonalprojektion der Hinterkante (HK) des Schaufelblattes (30) abgebildet sind; wobei in der Referenzebene (E_REF) eine z-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der Rotationsachse (R) in der Referenzebene (E_REF), welche in der Referenzebene (E_REF) ausgehend von der Orthogonalprojektion der Rotationsachse (R) um einen Außenradius (R_i) des Nabentopfes (10) in radialer Richtung nach außen parallel verschoben ist; wobei in der Referenzebene eine y-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der radialen Erstreckung (E) in der Referenzebene (E_REF); wobei auf der y-Achse ein relativer Einheitsradius t(r) angetragen ist, welcher wie folgt definiert ist: $t (r) = \frac{r - R_{i}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei R_i ein Außenradius des Nabentopfes (10) ist, was insbesondere wenigstens im Wesentlichen einem Innenradius des Schaufelblattes (30) entspricht; R_a ein Außenradius des Schaufelblattes (30) ist; und r der Abstand zwischen der Rotationsachse (R) und der zu betrachtenden Schnittebene (S), welche im Abstand r von der Rotationsachse (R) auf der zugehörigen Referenzgerade (G_REF) senkrecht steht, wobei r ∈[R_i; R_a] wobei auf der z-Achse eine Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK} und/oder eine Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK} angetragen ist wobei der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und/oder der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) eine aperiodisch wellige Form aufweist.
Lüfterrad nach Anspruch 1, wobei die Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) auf einen dritten Punkt (P3) rückbezogen ist, welcher in Drehrichtung (D) des Lüfterrades (1) betrachtet der vorderste Punkt am Übergang von dem Nabentopf (10) zu dem Schaufelblatt (30) ist; und/oder die Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) auf einen vierten Punkt (P4) rückbezogen ist, welcher in Drehrichtung (D) des Lüfterrades (1) betrachtet der hinterste Punkt am Übergang von dem Nabentopf (10) zu dem Schaufelblatt (30) ist.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Schaufelblatt (30) ein in Drehrichtung (D) gesehen rückwärtsgesicheltes Schaufelblatt (30) ist.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lüfterrad (1) einen wenigstens im Wesentlichen kreisförmigen Außenring (20) aufweist, welcher Blattspitzen der Schaufelblätter (30) miteinander verbindet.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum aufweist; und/oder der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist.
Lüfterrad nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keinen oder höchstens einen Tiefpunkt aufweist; und/oder der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keinen oder höchstens einen Hochpunkt aufweist.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander sind, insbesondere verläuft die Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in einem Bereich um einen geometrisch eindeutig ermittelten Verlauf einer gespiegelten Kurve von +/- 20 %, insbesondere +/- 10 %, des Wertes der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t).
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POS_{rel_VK}(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung erfüllt: $P O S_{r e l_V K} (t) = \frac{- (A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt: t₀ ∈[0;0,5] N ∈[1;8] a ∈[-1,5;1,5] A₁ ∈[-10;10] A₂ ∈[-10;10] A₃ ∈[-10;10] und A₄ ∈[-10;10].
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POS_{rel_HK}(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung erfüllt: $P O S_{r e l_H K} (t) = \frac{(A_{1} t^{2} + A_{2} t) cos [2 π N (a (1 - t) + 1) (t + t_{0})] + A_{3} t + A_{4}}{R_{a} - R_{i}}$
wobei gilt: t₀ ∈[0;0,5] N ∈[1;8] a ∈[-1,5;1,5] A₁ ∈[-10;10] A₂ ∈[-10;10] A₃ ∈[-10;10] und A₄ ∈[-10;10].
Kühlerlüftermodul (100), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: eine Lüfterzarge (2); eine Lüfterradausnehmung (40), welche in der Lüfterzarge (2) ausgebildet ist, wobei die Lüfterradausnehmung (40) durch einen Zargenring (42) begrenzt wird; einen Motorhalter, welcher innerhalb der Lüfterradausnehmung (40) angeordnet ist und welcher über Streben (44) mit der Lüfterzarge (2) mechanisch verbunden ist; einen Motor, insbesondere Elektromotor, welcher zumindest teilweise in dem Motorhalter gehalten ist; und ein Lüfterrad (1), welches in der Lüfterradausnehmung (40) angeordnet ist und welches von dem Motor rotatorisch angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kühlerlüftermodul nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Streben (44) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Lüfterrad (1) angeordnet sind.
Verwendung eines Lüfterrades nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines Kühlerlüftermoduls nach einem der Ansprüche 10 oder 11 in einem Kraftfahrzeug.