DE102018213074A1 - Ventilation device for a motor vehicle, motor vehicle with a ventilation device, method for operating a ventilation device and method for producing a ventilation device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (F), zum Beaufschlagen zumindest eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs (F) mit einem Luftstrom (2). Die Belüftungseinrichtung (1) umfasst ein Lüfterrad (3), welches um eine Drehachse (4) drehbar ist, um den Luftstrom (2) zu erzeugen, sowie eine Medienkanalanordnung (5), welche sich bereichsweise durch das Lüfterrad (3) erstreckt. Die Medienkanalanordnung (5) ist mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (6) koppelbar, um mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung (6) ein Medium (7) zum Austausch von Wärme (W) zwischen dem Medium (7) und dem Luftstrom (2) durch die wenigstens eine Medienkanalanordnung (5) zu fördern. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Kraftfahrzeug (F) mit einer Belüftungseinrichtung (1), ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung (1), sowie Verfahren zum Herstellen einer Belüftungseinrichtung (1).The invention relates to a ventilation device (1) for a motor vehicle (F) for supplying an air flow (2) to at least a portion of the motor vehicle (F). The ventilation device (1) comprises a fan wheel (3) which can be rotated about an axis of rotation (4) in order to generate the air flow (2), and a media channel arrangement (5) which extends in some areas through the fan wheel (3). The media channel arrangement (5) can be coupled to a heat transfer device (6) in order to use the heat transfer device (6) to create a medium (7) for exchanging heat (W) between the medium (7) and the air flow (2) through the at least one media channel arrangement (5) to promote. Further aspects of the invention relate to a motor vehicle (F) with a ventilation device (1), a method for operating a ventilation device (1) and a method for producing a ventilation device (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, zum Beaufschlagen zumindest eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs mit einem Luftstrom, umfassend zumindest ein Lüfterrad, welches um eine Drehachse drehbar ist um den Luftstrom zu erzeugen.The invention relates to a ventilation device for a motor vehicle, for supplying air flow to at least a partial area of the motor vehicle, comprising at least one fan wheel which can be rotated about an axis of rotation in order to generate the air flow.
Derartige Belüftungseinrichtungen werden beispielsweise beim Betrieb von Klimaanlagen verwendet, um einen Luftstrom in eine Fahrgastzelle einzuleiten. Dieser Luftstrom kann in der Regel, je nach Wunsch eines Fahrzeuginsassen, temperiert, also mit anderen Worten durch einen Austausch von Wärme (Wärmeaustausch) erwärmt oder gekühlt werden.Such ventilation devices are used, for example, in the operation of air conditioning systems in order to introduce an air flow into a passenger compartment. This air flow can generally be heated, depending on the wishes of a vehicle occupant, that is to say, in other words, heated or cooled by an exchange of heat (heat exchange).
Die
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Belüftungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einer Belüftungseinrichtung, ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung sowie Verfahren zum Herstellen einer Belüftungseinrichtung zu schaffen, durch welche eine besonders wirksame und Bauraum sparende Erzeugung und Temperaturänderung eines Luftstroms ermöglicht ist.It is an object of the invention to provide a ventilation device, a motor vehicle with a ventilation device, a method for operating a ventilation device and a method for producing a ventilation device by means of which a particularly effective and space-saving generation and temperature change of an air flow is made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung, wobei Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung gelten.This object is achieved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are the subject of the dependent claims and the description, with explanations for one of the aspects of the invention, in particular for individual features of this aspect, correspondingly also correspondingly valid for the other aspects of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, zum Beaufschlagen zumindest eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs mit einem Luftstrom, umfassend zumindest ein Lüfterrad, welches um eine Drehachse drehbar ist um den Luftstrom zu erzeugen. Der Teilbereich kann beispielsweise ein Fahrzeuginnenraum, insbesondere eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs sein. Das Belüften des Teilbereichs kann durch Beaufschlagen des Teilbereichs mit dem Luftstrom erfolgen.A first aspect of the invention relates to a ventilation device for a motor vehicle, for supplying air flow to at least a partial area of the motor vehicle, comprising at least one fan wheel which can be rotated about an axis of rotation in order to generate the air flow. The partial area can be, for example, a vehicle interior, in particular a passenger compartment of the motor vehicle. The partial area can be ventilated by applying air flow to the partial area.
Gemäß der Erfindung umfasst die Belüftungseinrichtung wenigstens eine Medienkanalanordnung, welche sich zumindest bereichsweise durch das zumindest eine Lüfterrad erstreckt und welche mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung koppelbar ist, um mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung ein Medium zum Austausch von Wärme zwischen dem Medium und dem Luftstrom durch die wenigstens eine Medienkanalanordnung zu fördern. Dies ist von Vorteil, da durch das Erstrecken der Medienkanalanordnung in das Lüfterrad eine besonders große Funktionalität des Lüfterrades gegeben ist. Einerseits kann durch das Lüfterrad der Luftstrom erzeugt werden und andererseits dient das Lüfterrad aufgrund des Erstreckens der Medienkanalanordnung in das Lüfterrad als Wärmeübertrager (Wärmetauscher), sodass das Lüfterrad eine Doppelfunktion erfüllen kann. Mit anderen Worten kann das Lüfterrad einerseits die Funktion des Erzeugens des Luftstroms und andererseits die Funktion eines Wärmetauschers erfüllen, sodass auf einen zusätzlichen Wärmetauscher verzichtet werden kann, um eine Temperaturänderung des Luftstroms zu bewirken, also den Luftstrom durch Wärmeübertragung zwischen Luftstrom und Medium zu erwärmen oder zu kühlen. Durch die Möglichkeit des Verzichts auf den zusätzlichen Wärmetauscher ist also insgesamt ein wirksames Einsparen von Bauraum ermöglicht wobei bei gleichzeitig die Erzeugung und die Temperaturänderung des Luftstroms durch die Belüftungseinrichtung erfolgen kann.According to the invention, the ventilation device comprises at least one media channel arrangement which extends at least in regions through the at least one fan wheel and which can be coupled to a heat transfer device in order to use the heat transfer device to provide a medium for exchanging heat between the medium and the air flow through the at least one media channel arrangement promote. This is advantageous because extending the media channel arrangement into the fan impeller gives the fan impeller a particularly large functionality. On the one hand the air flow can be generated by the fan wheel and on the other hand the fan wheel serves as a heat exchanger (heat exchanger) due to the extension of the media channel arrangement into the fan wheel, so that the fan wheel can fulfill a double function. In other words, the fan wheel can perform the function of generating the air flow on the one hand and the function of a heat exchanger on the other, so that an additional heat exchanger can be dispensed with in order to bring about a temperature change in the air flow, i.e. to heat the air flow by heat transfer between the air flow and the medium or to cool. The possibility of dispensing with the additional heat exchanger thus makes it possible overall to effectively save installation space, while at the same time the ventilation device can generate and change the temperature of the air flow.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass infolge einer Rotation des Lüfterrades um die Drehachse (zur Erzeugung des Luftstroms) Turbulenzen und eine erzwungene Konvektion entstehen, durch welche eine Wärmeübertragung zwischen dem Lüfterrad und dem Luftstrom unter besonders großen Wärmeübergangskoeffizienten erfolgen kann. Dadurch kann eine besonders große Menge an Wärme (Wärmemenge) zwischen dem Lüfterrad und dem Luftstrom ausgetauscht werden. Dadurch, dass sich die Medienkanalanordnung, durch welche mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung das Medium gefördert werden kann, zumindest bereichsweise durch das Lüfterrad erstreckt, kann dementsprechend eine besonders effiziente Wärmeübertragung zwischen dem Medium und dem Luftstrom erfolgen. Bei der Wärmeübertragung kann einerseits eine erzwungene Konvektion zwischen dem Luftstrom (bei dessen Erzeugung durch Rotationsbewegung des Lüfterrades) und einer dem Luftstrom zugewandten Lüfterrad-Außenfläche und andererseits eine erzwungene Konvektion zwischen dem Medium und einer, die Medienkanalanordnung zumindest innerhalb des Lüfterrades begrenzenden Kanaloberfläche bewirkt werden. Im Bereich zwischen der Kanaloberfläche und der Außenfläche kann Wärmeübertragung durch Wärmeleitung (durch ein Lüfterrad-Material des Lüfterrades) erfolgen.The invention is based on the knowledge that, as a result of a rotation of the fan wheel about the axis of rotation (for generating the air flow), turbulence and forced convection occur, as a result of which heat transfer between the fan wheel and the air flow can take place with particularly large heat transfer coefficients. This allows a particularly large amount of heat (amount of heat) to be exchanged between the fan wheel and the air flow. As a result of the fact that the media channel arrangement, through which the medium can be conveyed by means of the heat transfer device, extends at least in regions through the fan wheel, a particularly efficient heat transfer can accordingly take place between the medium and the air flow. During heat transfer, on the one hand a forced convection between the air flow (when it is generated by the rotating movement of the fan wheel) and an outer surface of the fan wheel facing the air flow and on the other hand a forced convection between the medium and a duct surface that delimits the media duct arrangement at least inside the fan wheel. In the area between the channel surface and the Outside surface heat can be transferred by heat conduction (through a fan wheel material of the fan wheel).
Bevorzugt kann das Medium flüssig sein. Dies ist von Vorteil, da durch flüssiges Medium besonders große Wärmeübergangskoeffizienten durch erzwungene Konvektion und damit eine besonders wirksame Temperaturänderung erreicht werden können. Das Medium kann beispielsweise Wasser sein. Das Medium kann auch beispielsweise eine Wasser-Frostschutzmittel-Mischung sein, um ein Einfrieren des Mediums bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen und längerem Stillstand des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.The medium can preferably be liquid. This is an advantage, since particularly large heat transfer coefficients can be achieved by forced convection and thus a particularly effective temperature change using liquid medium. The medium can be water, for example. The medium can also be, for example, a water / antifreeze mixture in order to avoid freezing of the medium at particularly low ambient temperatures and when the motor vehicle is at a standstill for a long time.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das zumindest eine Lüfterrad wenigstens eine, um die Drehachse drehbare Lüfterradnabe sowie zumindest ein mit der Lüfterradnabe verbundenes Flügelelement auf, welches von der Lüfterradnabe abragt, mittels welchem der Luftstrom erzeugbar ist und durch welches sich die wenigstens eine Medienkanalanordnung zumindest bereichsweise erstreckt. Dies ist von Vorteil, da an dem zumindest einen Flügelelement bei der Drehung (Rotation) des Lüfterrades bzw. der Lüfterradnabe um die Drehachse besonders große Werte für Wärmeübergangskoeffizienten zwischen einer dem Luftstrom zugewandten Flügelelement-Oberfläche und dem Luftstrom erzielt werden können. Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Medienkanalanordnung zumindest bereichsweise durch das Flügelelement erstreckt. Das Flügelelement kann vorzugsweise turbinenschaufelförmig ausgebildet sein, wodurch besonders große Strömungsgeschwindigkeiten des Luftstroms erzielt werden können. Das zumindest eine Lüfterrad kann vorzugsweise eine Vielzahl an regelmäßig über einen Umfang der Lüfterradnabe verteilten Flügelelementen aufweisen, durch welche sich die Medienkanalanordnung zumindest bereichsweise erstrecken kann. Durch die Vielzahl an Flügelelementen, welche beispielsweise drei oder mehr Flügelelement umfassen kann, ist einerseits eine besonders starke Beschleunigung des Luftstroms und andererseits eine besonders wirksame Temperaturänderungen des Luftstroms erzielbar.In an advantageous development of the invention, the at least one fan wheel has at least one fan wheel hub which can be rotated about the axis of rotation and at least one wing element which is connected to the fan wheel hub and projects from the fan wheel hub, by means of which the air flow can be generated and through which the at least one media channel arrangement is at least extends in some areas. This is advantageous since particularly large values for heat transfer coefficients between a wing element surface facing the air flow and the air flow can be achieved on the at least one vane element when the fan wheel or the fan wheel hub rotates about the axis of rotation. Accordingly, it is particularly advantageous if the media channel arrangement extends at least in regions through the wing element. The wing element can preferably be designed in the form of a turbine blade, as a result of which particularly high flow velocities of the air stream can be achieved. The at least one fan wheel can preferably have a plurality of vane elements that are distributed regularly over a circumference of the fan wheel hub and through which the media channel arrangement can extend at least in regions. The large number of vane elements, which can comprise, for example, three or more vane elements, enables a particularly strong acceleration of the air flow on the one hand and a particularly effective temperature change of the air flow on the other hand.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine Medienkanalanordnung wenigstens einen Medienkanal auf, welcher sich zumindest bereichsweise durch die Lüfterradnabe sowie zumindest bereichsweise in Radialerstreckungsrichtung der Belüftungseinrichtung von der Lüfterradnabe weg durch das zumindest eine Flügelelement erstreckt. Dies ist von Vorteil, da das Medium somit sowohl durch die Lüfterradnabe als auch durch das Flügelelement geführt werden kann, wodurch ein Austausch einer besonders großen Wärmemenge über einen besonders großen Lüfterradbereich zwischen dem Luftstrom und dem Lüfterrad erfolgen kann.In a further advantageous development of the invention, the at least one media channel arrangement has at least one media channel which extends at least in regions through the fan wheel hub and at least in regions in the radial direction of extension of the ventilation device away from the fan wheel hub through the at least one wing element. This is advantageous since the medium can thus be guided both through the fan wheel hub and through the wing element, as a result of which a particularly large amount of heat can be exchanged between the air flow and the fan wheel over a particularly large fan wheel area.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der wenigstens eine Medienkanal zumindest eine Medienübertrittsöffnung auf, welche an dem zumindest einen Flügelelement angeordnet ist und über welche das Medium mit einer Umgebung des Lüfterrades austauschbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch darauf verzichtet werden kann, das Medium von der Lüfterradnabe in das Flügelelement und von dort wiederum zurück zur Lüfterradnabe zu führen, sodass dementsprechend auf ein gleichzeitiges Vorsehen eines Zulaufs und eines Rücklaufs zum Austausch des Mediums zwischen dem Lüfterrad und dessen Umgebung an der Lüfterradnabe entfallen kann. Stattdessen kann nur der Zulauf oder nur der Rücklauf an der Lüfterradnabe vorgesehen sein, welcher Bauraum bedingt einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisen kann, als bei einem gleichzeitigen Vorsehen von Zulauf und Rücklauf an der Lüfterradnabe. Durch den größeren Strömungsquerschnitt kann das Medium mit einem besonders großen Volumenstrom durch das Lüfterrad geführt werden, wodurch eine besonders wirksame Temperaturänderung ermöglicht ist.In a further advantageous development of the invention, the at least one media channel has at least one media transfer opening which is arranged on the at least one wing element and via which the medium can be exchanged with the surroundings of the fan wheel. This is advantageous, since it can be dispensed with in this way to lead the medium from the fan wheel hub into the wing element and from there back to the fan wheel hub, so that accordingly a simultaneous provision of an inlet and a return for exchanging the medium between the fan wheel and the latter Environment around the fan wheel hub can be omitted. Instead, only the inflow or only the return can be provided on the fan wheel hub, which installation space can have a larger flow cross section than when a simultaneous provision of inlet and return on the fan wheel hub. Due to the larger flow cross-section, the medium can be guided through the fan wheel with a particularly large volume flow, which enables a particularly effective temperature change.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Belüftungseinrichtung wenigstens ein Gehäuseelement auf, welches das zumindest eine Lüfterrad umfangsseitig zumindest bereichsweise umgibt und die Belüftungseinrichtung umfasst wenigstens eine Zusatz-Medienkanalanordnung, welche sich zumindest bereichsweise durch das wenigstens eine Gehäuseelement erstreckt und welche mit der Wärmeübertragungsvorrichtung koppelbar ist, um mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung das Medium zum Austausch von Wärme zwischen dem Medium und dem Luftstrom durch die Zusatz-Medienkanalanordnung zu fördern. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auch das Gehäuseelement bzw. die Zusatz-Medienkanalanordnung zur Temperaturänderung des Luftstroms beitragen kann. Dadurch kann insgesamt eine besonders große Temperaturänderung des Luftstroms infolge eines Führens des Mediums durch die Medienkanalanordnung sowie durch die Zusatz-Medienkanalanordnung erzielt werden. Das Gehäuseelement kann vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein.In a further advantageous development of the invention, the ventilation device has at least one housing element which surrounds the at least one fan wheel on the circumference at least in regions and the ventilation device comprises at least one additional media channel arrangement which extends at least in regions through the at least one housing element and which can be coupled to the heat transfer device is to promote by means of the heat transfer device, the medium for exchanging heat between the medium and the air flow through the additional media channel arrangement. This is advantageous, since the housing element or the additional media channel arrangement can also contribute to a change in the temperature of the air flow. As a result, a particularly large change in temperature of the air flow as a result of guiding the medium through the media channel arrangement and through the additional media channel arrangement can be achieved. The housing element can preferably be designed as a hollow cylinder.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Zusatz-Medienkanalanordnung wenigstens einen Zusatz-Medienkanal auf, welcher an einer, der zumindest einen Medienübertrittsöffnung zugewandten Gehäuseelementfläche zumindest eine Zusatz-Medienübertrittsöffnung aufweist, über welche das Medium zwischen der zumindest einen Medienübertrittsöffnung und der zumindest einen Zusatz-Medienübertrittsöffnung austauschbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch das Medium in einem Kreislauf geführt werden kann, bei welchem das Medium über die Medienübertrittsöffnung und die Zusatz-Medienübertrittsöffnung und dabei zwischen der Medienkanalanordnung und der Zusatz-Medienkanalanordnung ausgetauscht werden kann. Dadurch ist eine besonders günstige Führung des Mediums durch das Lüfterrad und das Gehäuseelement ermöglicht. Der Kreislauf kann sich ausgehend von der Wärmeübertragungsvorrichtung über die Medienkanalanordnung bis zur Zusatz-Medienkanalanordnung und von letzterer zurück zur Wärmeübertragungsvorrichtung erstrecken.In a further advantageous development of the invention, the additional media channel arrangement has at least one additional media channel, which has at least one additional media transfer opening on a housing element surface facing the at least one media transfer opening, via which the medium between the at least one media transfer opening and the at least one additive -Media transfer opening is interchangeable. This is an advantage because it means the medium in a circuit can be performed in which the medium can be exchanged via the media transfer opening and the additional media transfer opening and thereby between the media channel arrangement and the additional media channel arrangement. This enables particularly favorable guidance of the medium through the fan wheel and the housing element. The circuit can extend from the heat transfer device via the media channel arrangement to the additional media channel arrangement and from the latter back to the heat transfer device.
Die Gehäuseelementfläche kann vorzugsweise eine Form einer Hohlzylinderinnenfläche aufweisen, wodurch der Austausch des Mediums zwischen der Medienübertrittsöffnung und der Zusatz-Medienübertrittsöffnung über einen besonders kleinen Spalt zwischen dem zumindest einen Flügelelement und dem Gehäuseelement erfolgen kann. Dieser kleine Spalt kann besonders einfach abgedichtet werden, um ein Austreten des Mediums in einer parallel zur Drehachse verlaufenden Axialrichtung zumindest weitgehend oder sogar vollständig zu unterbinden. Zum Abdichten dieses kleinen Spaltes kann eine Dichtvorrichtung vorgesehen sein.The housing element surface can preferably have a shape of a hollow cylinder inner surface, as a result of which the medium can be exchanged between the media transfer opening and the additional media transfer opening via a particularly small gap between the at least one wing element and the housing element. This small gap can be sealed in a particularly simple manner in order to at least largely or even completely prevent the medium from escaping in an axial direction running parallel to the axis of rotation. A sealing device can be provided to seal this small gap.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der wenigstens eine Medienkanal einen Kanalendbereich auf, welcher sich wenigstens bereichsweise durch das zumindest eine Flügelelement erstreckt, an welchem die zumindest eine Medienübertrittsöffnung angeordnet ist um das Medium zwischen dem wenigstens einen Zusatz-Medienkanal und dem wenigstens einen Medienkanal auszutauschen und welcher eine, einen spitzen Winkel mit einer der Gehäuseelementfläche zugeordneten Flächennormalen einschließende Kanalendbereich-Mittelachse aufweist. Dies ist von besonderem Vorteil, da durch den spitzen Winkel zwischen der Flächennormalen und der Kanalendbereich-Mittelachse ein schräg bzw. windschief zur Drehachse ausgerichtetes Überströmen des Mediums zwischen der Medienübertrittsöffnung und der Zusatz-Medienübertrittsöffnung ermöglicht ist. Dadurch kann durch das Medium nicht nur die Temperaturänderung des Luftstroms, sondern sogar ein Antreiben des Lüfterrades, also das Drehen des Lüfterrades um die Drehachse bewirkt werden. Durch das quer bzw. windschief zur Drehachse ausgerichtete Überströmen des Mediums kann ein Impuls des Mediums genutzt werden, um das Lüfterrad anzutreiben. Das Lüfterrad kann dabei fluiddynamisch mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung angetrieben werden.In a further advantageous development of the invention, the at least one media channel has a channel end region which extends at least in regions through the at least one wing element, on which the at least one media transfer opening is arranged around the medium between the at least one additional media channel and the at least one media channel and which has a channel end region central axis including an acute angle with a surface normal assigned to the surface of the housing element. This is of particular advantage, since the acute angle between the surface normal and the central axis of the channel end region enables the medium to flow over obliquely or skewed to the axis of rotation between the media transfer opening and the additional media transfer opening. As a result, not only the temperature change of the air flow, but even driving the fan wheel, that is to say the rotation of the fan wheel about the axis of rotation, can be brought about by the medium. Due to the overflow of the medium oriented transversely or skewed to the axis of rotation, an impulse of the medium can be used to drive the fan wheel. The fan wheel can be driven fluid dynamically by means of the heat transfer device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Belüftungseinrichtung die Wärmeübertragungsvorrichtung. Dies ist von Vorteil, da die Belüftungseinrichtung somit eine besonders hohe Funktionalität aufweist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann zur Temperaturänderung des Mediums eine Heizvorrichtung und zusätzlich oder alternativ eine Kühlvorrichtung umfassen, um das Medium dementsprechend bedarfsgerecht zu erwärmen bzw. zu kühlen. Vorzugsweise kann die Wärmeübertragungsvorrichtung eine Heiz- und Kühlvorrichtung umfassen, welche dementsprechend die Funktion der Heizvorrichtung sowie der Kühlvorrichtung übernehmen kann. Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann zum Fördern des Mediums eine Fördereinheit umfassen. Die Fördereinheit kann beispielsweise als Pumpe ausgebildet sein.In a further advantageous development of the invention, the ventilation device comprises the heat transfer device. This is advantageous because the ventilation device thus has a particularly high functionality. To change the temperature of the medium, the heat transfer device can comprise a heating device and additionally or alternatively a cooling device in order to heat or cool the medium accordingly as required. The heat transfer device can preferably comprise a heating and cooling device, which can accordingly take over the function of the heating device and the cooling device. The heat transfer device can comprise a conveying unit for conveying the medium. The delivery unit can be designed, for example, as a pump.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Lüfterrad durch Fördern des Mediums durch die Medienkanalanordnung mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung antreibbar. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein fluiddynamisches Antreiben des Lüfterrades erfolgen kann, sodass dementsprechend auf eine Verwendung eines Antriebsmotors, beispielsweise eines Elektromotors zum Antreiben des Lüfterrades verzichtet werden kann. Unabhängig davon kann die Belüftungseinrichtung jedoch einen derartigen Antriebsmotor umfassen, um das Lüfterrad unabhängig von dem Medium bzw. von der Wärmeübertragungsvorrichtung anzutreiben, also um die Drehachse zu drehen.In a further advantageous development of the invention, the at least one fan wheel can be driven by conveying the medium through the media channel arrangement by means of the heat transfer device. This is advantageous, since it enables fluid-dynamic driving of the fan wheel, so that there is accordingly no need to use a drive motor, for example an electric motor, to drive the fan wheel. Independently of this, the ventilation device can, however, comprise such a drive motor in order to drive the fan wheel independently of the medium or of the heat transfer device, that is to say to rotate it about the axis of rotation.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Lüfterrad derart mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung antreibbar, dass eine Drehgeschwindigkeit des zumindest einen Lüfterrades durch einen mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung einstellbaren Volumenstrom des Mediums vorgebbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch bei einer Änderung des Volumenstroms gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit als auch eine Menge der übertragenen Wärme eingestellt werden kann. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise bei einem Bedarf an starker Kühlung bzw. Heizung des Teilbereichs gleichzeitig sowohl eine erhöhte Kühlleistung bzw. Heizleistung durch Wärmeübertragung zwischen dem Medium und dem Luftstrom als auch eine stärkere Beschleunigung des Luftstroms infolge einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit von Vorteil ist.In a further advantageous development of the invention, the at least one fan wheel can be driven by means of the heat transfer device in such a way that a rotational speed of the at least one fan wheel can be predetermined by a volume flow of the medium which can be set by means of the heat transfer device. This is of advantage because, when the volume flow changes, the rotational speed and a quantity of the heat transferred can be adjusted at the same time. This is based on the finding that, for example, if there is a need for strong cooling or heating of the partial area, both an increased cooling capacity or heating capacity due to heat transfer between the medium and the air flow and a greater acceleration of the air flow as a result of an increase in the rotational speed are advantageous ,
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Belüftungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei einem derartigen Kraftfahrzeug ist eine besonders wirksame und Bauraum sparende Erzeugung und Temperaturänderung des Luftstroms ermöglicht. Die Belüftungseinrichtung kann beispielsweise zur Belüftung eines als Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Teilbereichs des Kraftfahrzeugs angeordnet sein bzw. verwendet werden. Das Kraftfahrzeug kann die Wärmeübertragungsvorrichtung umfassen.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle with a ventilation device according to the first aspect of the invention. In such a motor vehicle, a particularly effective and space-saving generation and temperature change of the air flow is made possible. The ventilation device can, for example, be arranged or used for ventilation of a partial area of the motor vehicle designed as a passenger compartment of the motor vehicle. The motor vehicle may include the heat transfer device.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem zumindest ein Lüfterrad der Belüftungseinrichtung um eine Drehachse gedreht wird um einen Luftstrom zu erzeugen und dadurch zumindest einen Teilbereich des Kraftfahrzeugs mit dem Luftstrom zu beaufschlagen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Belüftungseinrichtung wenigstens eine, sich zumindest bereichsweise durch das zumindest eine Lüfterrad erstreckende und mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung gekoppelte Medienkanalanordnung umfasst, und durch die Wärmeübertragungsvorrichtung ein Medium durch die Medienkanalanordnung gefördert und dabei Wärme zwischen dem Medium und dem Luftstrom ausgetauscht wird. Durch ein derartiges Verfahren ist eine besonders wirksame und Bauraum sparende Erzeugung und Temperaturänderung des Luftstroms ermöglicht. A third aspect of the invention relates to a method for operating a ventilation device of a motor vehicle, in which at least one fan wheel of the ventilation device is rotated about an axis of rotation in order to generate an air flow and thereby to apply air flow to at least a partial area of the motor vehicle. According to the invention, it is provided that the ventilation device comprises at least one media channel arrangement, which extends at least in regions through the at least one fan wheel and is coupled to a heat transfer device, and a medium is conveyed through the media channel arrangement by the heat transfer device and heat is exchanged between the medium and the air flow. Such a method enables a particularly effective and space-saving generation and temperature change of the air flow.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Belüftungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bei welchem zumindest ein Lüfterrad-Rohbauteil hergestellt und aus dem zumindest einen Lüfterrad-Rohbauteil das zumindest eine Lüfterrad gebildet wird, indem das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil zumindest bereichsweise mit der wenigstens einen Medienkanalanordnung versehen wird, sodass sich die wenigstens eine Medienkanalanordnung zumindest bereichsweise durch das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil erstreckt. Durch ein derartiges Verfahren kann die Belüftungseinrichtung besonders aufwandsarm hergestellt werden, wobei die Belüftungseinrichtung eine besonders wirksame und Bauraum sparende Erzeugung und Temperaturänderung eines Luftstroms ermöglicht. Das Lüfterrad-Rohbauteil kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Bei dem Spritzgussverfahren kann das Lüfterrad-Rohbauteil aus Kunststoff gebildet werden.A fourth aspect of the invention relates to a method for producing a ventilation device according to the first aspect of the invention, in which at least one fan wheel raw component is produced and the at least one fan wheel is formed from the at least one fan wheel raw component by the at least one fan wheel raw component is provided in regions with the at least one media duct arrangement, so that the at least one media duct arrangement extends at least in regions through the at least one fan wheel raw component. By means of such a method, the ventilation device can be manufactured with particularly little effort, the ventilation device enabling particularly effective and space-saving generation and temperature change of an air flow. The fan impeller body part can be produced, for example, by an injection molding process. In the injection molding process, the fan impeller component can be formed from plastic.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil spanend bearbeitet, um dadurch das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil mit der wenigstens einen Medienkanalanordnung zu versehen, oder das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil wird aus einem flüssigen Werkstoff hergestellt und in flüssigem Zustand an wenigstens zwei Rohbauteil-Bereichen einer Zugbelastung unterzogen, wodurch die wenigstens zwei Rohbauteil-Bereiche voneinander beabstandet werden und dabei das zumindest eine Lüfterrad-Rohbauteil bereichsweise mit der wenigstens einen Medienkanalanordnung als poröse Kanalstruktur versehen wird.In an advantageous development of the invention, the at least one raw fan wheel component is machined in order to thereby provide the at least one raw fan wheel component with the at least one media channel arrangement, or the at least one raw fan wheel component is produced from a liquid material and is in a liquid state at least two raw component areas are subjected to a tensile load, as a result of which the at least two raw component areas are spaced apart from one another and the at least one fan wheel raw component is thereby provided with the at least one media channel arrangement as a porous channel structure.
Durch die spanende Bearbeitung des Lüfterrad-Rohbauteil kann eine besonders definierte Oberflächengüte bzw. Oberflächengenauigkeit erzielt werden. Bei der spanenden Bearbeitung kann das Lüfterrad-Rohbauteil beispielsweise durch Fräsen oder durch Bohren bereichsweise mit der Medienkanalanordnung versehen werden. A specially defined surface quality or surface accuracy can be achieved by machining the raw fan wheel component. During machining, the raw fan wheel component can be provided with the media channel arrangement in some areas, for example by milling or drilling.
Alternativ zum spanenden Bearbeiten des Rohbauteils kann das Lüfterrad-Rohbauteil aus dem flüssigen Werkstoff, bei welchem es sich beispielsweise um einen Kunststoff handeln kann, hergestellt und im flüssigen Zustand an den wenigstens zwei Rohbauteil-Bereichen der Zugbelastung unterzogen werden, wodurch die zwei Rohbauteil-Bereiche auseinandergezogen werden können. Das Lüfterrad-Rohbauteil kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt und im flüssigen Zustand bereitgestellt werden. Im flüssigen Zustand kann das Lüfterrad-Rohbauteil eine unter Schwerkrafteinfluss, also unter Wirkung der Schwerkraft auf das Lüfterrad-Rohbauteil, stabile Form aufweisen, wobei das Lüfterrad-Rohbauteil jedoch bei Beaufschlagung mit der Zugbelastung plastisch verformt werden kann.As an alternative to machining the unfinished component, the impeller unfinished component can be produced from the liquid material, which can be a plastic, for example, and can be subjected to tensile stress in the liquid state on the at least two unfinished component regions, as a result of which the two unfinished component regions can be pulled apart. The impeller raw component can be produced, for example, by an injection molding process and made available in the liquid state. In the liquid state, the fan impeller component can have a stable shape under the influence of gravity, i.e. under the effect of gravity on the fan impeller component, but the fan impeller component can be plastically deformed when subjected to the tensile load.
Bei den beiden Rohbauteil-Bereichen kann es sich um jeweilige, miteinander verbundene Rohbauteil-Hälften des Lüfterrad-Rohbauteil handeln. Durch das Auseinanderziehen also das Beabstanden der beiden Rohbauteil-Bereiche voneinander kann es zu einem Ausbilden eines Unterdrucks innerhalb des Lüfterrad-Rohbauteils kommen, wobei infolge des Unterdrucks Luft in das Lüfterrad-Rohbauteil gezogen werden kann und dabei die Medienkanalanordnung als die poröse Kanalstruktur entstehen kann. Dabei können jeweilige entstehende Poren jeweilige Kanäle der Medienkanalanordnung bilden. Die poröse Kanalstruktur kann durch dieses Herstellverfahren einen unregelmäßigen Kanalstrukturverlauf aufweisen, wodurch das Medium beim späteren Durchströmen der Medienkanalanordnung beispielsweise häufig umgelenkt wird, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang erzielt werden kann.The two raw component areas can be respective, connected raw component halves of the fan wheel raw component. Pulling apart the two unfinished component areas from one another can result in the formation of a negative pressure within the unfinished impeller part, air being able to be drawn into the unfinished impeller component as a result of the negative pressure, and the media channel arrangement as the porous channel structure can thereby arise. The resulting pores can form respective channels of the media channel arrangement. As a result of this production method, the porous channel structure can have an irregular channel structure course, as a result of which the medium is frequently deflected, for example, when it later flows through the media channel arrangement, as a result of which an improved heat transfer can be achieved.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Belüftungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bei welchem das zumindest eine Lüfterrad hergestellt wird, indem ein poröser, die wenigstens eine Medienkanalanordnung zumindest bereichsweise aufweisender Grundkörper bereitgestellt und der Grundkörper anschließend mit einer gegenüber einem Austreten des Mediums dichten Umhüllung versehen wird. Durch ein derartiges Verfahren kann die Belüftungseinrichtung besonders aufwandsarm hergestellt werden, wobei die Belüftungseinrichtung eine besonders wirksame und Bauraum sparende Erzeugung und Temperaturänderung eines Luftstroms ermöglicht. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Umhüllung besonders dünn auszubilden und dementsprechend das Medium beim Durchströmen der Medienkanalanordnung besonders nahe an den Luftstrom heranzuführen. Die Umhüllung kann vorzugsweise als Beschichtung ausgebildet sein, wodurch eine zumindest weitgehend ungehinderte Wärmeleitung durch die Umhüllung erfolgen kann. Das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung kann allgemein alternativ zu dem Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung zum Herstellen der Belüftungseinrichtung verwendet werden.A fifth aspect of the invention relates to a method for producing a ventilation device according to the first aspect of the invention, in which the at least one fan wheel is produced by providing a porous base body which has at least some areas of the media channel arrangement and the base body subsequently with an outlet the medium is sealed. By means of such a method, the ventilation device can be manufactured with particularly little effort, the ventilation device enabling particularly effective and space-saving generation and temperature change of an air flow. This method makes it possible to make the sheath particularly thin and accordingly to bring the medium particularly close to the air flow when it flows through the media channel arrangement. The covering can preferably be designed as a coating, whereby a at least largely unimpeded heat conduction can take place through the casing. In general, the method according to the fifth aspect of the invention can be used as an alternative to the method according to the fourth aspect of the invention for producing the ventilation device.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Belüftungseinrichtung gemäß einer parallel zu einer Drehachse der Belüftungseinrichtung verlaufenden Schnittebene, sowie eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, in welchem die Belüftungseinrichtung zum Belüften eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs angeordnet ist; -
2 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs der in1 gezeigten schematischen Schnittdarstellung; und -
3 eine Schnittdarstellung einer weiteren Variante der Belüftungseinrichtung gemäß einer senkrecht zur Drehachse orientierten Schnittebene.
-
1 is a schematic sectional view of a ventilation device according to a section plane running parallel to an axis of rotation of the ventilation device, and a schematic representation of a motor vehicle in which the ventilation device is arranged for ventilating a portion of the motor vehicle; -
2 an enlarged view of a portion of the in1 shown schematic sectional view; and -
3 a sectional view of a further variant of the ventilation device according to a section plane oriented perpendicular to the axis of rotation.
Die Belüftungseinrichtung
Des Weiteren umfasst die Belüftungseinrichtung
Eine Fördereinrichtung des Mediums
Vorliegend umfasst die Belüftungseinrichtung
Das Lüfterrad
Das Lüfterrad
Die Medienkanalanordnung
Die Medienkanäle
Die Belüftungseinrichtung
Mittels der Pumpe
Die Zusatz-Medienkanalanordnung
Die Medienkanäle
Durch Fördern des Mediums
Die Ausnehmung
Der Spalt
Die in
Allgemein können auch mehrere Ausnehmungen
Bei einem Verfahren zum Betreiben der Belüftungseinrichtung
Zum Herstellen der Belüftungseinrichtung
In einem alternativen Verfahren zum Herstellen der Belüftungseinrichtung
Durch die vorliegende Belüftungseinrichtung
Die vorliegende Belüftungseinrichtung
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Belüftungseinrichtungaerator
- 22
- Luftstromairflow
- 33
- Lüfterradfan
- 44
- Drehachseaxis of rotation
- 55
- MedienkanalanordnungMedia channel arrangement
- 66
- WärmeübertragungsvorrichtungHeat transfer device
- 77
- Mediummedium
- 88th
- Lüfterradnabefan blade hub
- 99
- Flügelelementwing element
- 1010
- Medienkanalmedia channel
- 1111
- RadialerstreckungsrichtungRadially extending direction
- 1212
- MedienübertrittsöffnungMedia transfer opening
- 1313
- Gehäuseelementhousing element
- 1414
- GehäuseelementflächeHousing element surface
- 1515
- Zusatz-MedienkanalAdditional Media Channel
- 1616
- Zusatz-MedienübertrittsöffnungAdditional media transfer opening
- 1717
- KanalendbereichKanalendbereich
- 1818
- Kanalendbereich-MittelachseKanalendbereich central axis
- 1919
- Zusatz-MedienkanalanordnungAdditional media channel arrangement
- 2020
- Wellewave
- 2121
- Ausnehmungrecess
- 2222
- ZulaufIntake
- 2323
- Rücklaufreturns
- 2424
- angesaugte Luftsucked in air
- 2525
- beschleunigte Luftaccelerated air
- αα
- Winkelangle
- BB
- Behältercontainer
- FF
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- nn
- Flächennormalesurface normal
- uu
- Drehgeschwindigkeitrotation speed
- KHKH
- Kühl- und HeizvorrichtungCooling and heating device
- SS
- Spaltgap
- VV
- Volumenstromflow
- WW
- Wärmewarmth
- PP
- Pumpepump
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102010012910 A1 [0003]DE 102010012910 A1 [0003]
- EP 2354558 A2 [0004]EP 2354558 A2 [0004]
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-
2018
- 2018-08-03 DE DE102018213074.4A patent/DE102018213074A1/en active Pending
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