DE102019101277A1 - Axial fan assembly for vehicles - Google Patents

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Torsten Klein
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axiallüfteranordnung (1) mit einem Axiallüfter (3) und einem saugseitig vom Axiallüfter (3) angeordneten Wärmeübertrager (2), welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Axiallüfter (3) ein mehrteiliges Lüfterrad (4) aufweist, welches in radialer Richtung eine Nabe (5), einen Innenring (6) mit Innenschaufeln und einen Außenring (7) mit Außenschaufeln aufweist, wobei die Höhe (10) des Außenrings (7) in axialer Richtung kleiner ist als die Höhe (11) des Innenrings (6) und dass der Abstand (12) des Außenringes (7) vom Wärmeübertrager (2) größer ist als der Abstand (13) des Innenringes (6) vom Wärmeübertrager (2).The invention relates to an axial fan arrangement (1) with an axial fan (3) and a heat exchanger (2) arranged on the suction side of the axial fan (3), which is characterized in that the axial fan (3) has a multi-part fan wheel (4) which is arranged in a radial direction Direction has a hub (5), an inner ring (6) with inner blades and an outer ring (7) with outer blades, the height (10) of the outer ring (7) in the axial direction being less than the height (11) of the inner ring (6 ) and that the distance (12) of the outer ring (7) from the heat exchanger (2) is greater than the distance (13) of the inner ring (6) from the heat exchanger (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Axiallüfteranordnung für Fahrzeuge, insbesondere für Elektrofahrzeuge.The invention relates to an axial fan arrangement for vehicles, in particular for electric vehicles.

Elektrofahrzeuge werden aufgrund der gegenüber Verbrennungskraftmotoren verschiedenen Anforderungen und Randbedingungen vorwiegend mit einem speziell konstruktiv ausgestalteten Kühlmodul gekühlt. Das Modul umfasst neben weiteren Komponenten einen Axiallüfter und einen Wärmeübertrager zum Kühlen des Motors, der Batterien und zum Betrieb der Klimaanlage. Gattungsgemäße Kühlmodule nach dem Stand der Technik sind von einem Gehäuse umgeben, dessen Abmaße möglichst klein gehalten werden sollen. Um dies zu realisieren, werden der Wärmeübertrager und der in Luftströmungsrichtung nachfolgende Axiallüfter soweit als möglich zusammengeschoben und mit nur wenig Abstand zueinander angeordnet.
Im Stand der Technik führt das axiale Zusammenschieben der Komponenten zwar zu einer Reduzierung der Abmaße des Kühlmoduls, jedoch wird der Druckverlust vergrößert, da die Luft den Wärmeübertrager nicht mehr gleichförmig verteilt durchströmt.
Die Ursache für die ungünstige Durchströmung ist darin zu sehen, dass durch die Verkürzung der Modulgröße in axialer Richtung durch das Zusammenschieben von Axiallüfter und Wärmeübertrager, die Durchtrittsfläche der Luft im Schaufelendbereich des Lüfters so stark verkleinert ist, dass im Wesentlichen nur noch Luft innerhalb des Lüfterradius durch den Wärmeübertrager gefördert wird. Diese ungleichförmige Durchströmung erhöht den Druckverlust des Wärmeübertragers und verschlechtert insgesamt die Effizienz der Kühlung.Due to the different requirements and boundary conditions compared to internal combustion engines, electric vehicles are mainly cooled with a specially designed cooling module. In addition to other components, the module includes an axial fan and a heat exchanger for cooling the motor, batteries and operating the air conditioning system. Generic cooling modules according to the prior art are surrounded by a housing, the dimensions of which are to be kept as small as possible. To achieve this, the heat exchanger and the axial fan following in the air flow direction are pushed together as far as possible and arranged with only a small distance from one another.
In the prior art, the axial pushing together of the components leads to a reduction in the dimensions of the cooling module, but the pressure loss is increased because the air no longer flows through the heat exchanger in a uniformly distributed manner.
The reason for the unfavorable flow is to be seen in the fact that by shortening the module size in the axial direction by pushing the axial fan and heat exchanger together, the passage area of the air in the blade end area of the fan is reduced so much that essentially only air is left within the fan radius is promoted by the heat exchanger. This non-uniform flow increases the pressure loss of the heat exchanger and overall worsens the efficiency of the cooling.

Im Stand der Technik sind vielfältige Ansätze dafür bekannt, Axiallüfter hinsichtlich ihrer Einsatzparameter zu optimieren und die bekannten Probleme der ungleichförmigen Durchströmung von Wärmeübertragern unter beengten Platzverhältnissen zu lösen.A variety of approaches are known in the prior art for optimizing axial fans with regard to their application parameters and for solving the known problems of non-uniform flow through heat exchangers in confined spaces.

Aus der DE 10 2010 039 219A1 geht beispielsweise ein Lüfter, insbesondere für ein Motorkühlungsgebläse in einem Kraftfahrzeug, hervor, bei welchem eine feststehende Zarge das rotierende Lüfterrad umgibt. Das Lüfterrad umfasst Lüfterblätter, die von einem Lüftermantel umschlossen sind, wobei der Lüftermantel mit der Zarge einen Spalt bildet. Um einen Lüfter mit einem hohen Wirkungsgrad und einer geringen Geräuschbelästigung zu erzielen, unterbindet oder verringert darüber hinaus ein Sekundärlüfter eine Rückströmung der durch das Lüfterrad geförderten Luft.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung nach dem Stand der Technik ist, dass die feststehende Zarge keine positive Veränderung der Durchströmung eines stromaufwärts angeordneten Wärmeübertragers bewirken kann, sondern in erster Linie eine Rückströmung zu verhindern hilft.From the DE 10 2010 039 219A1 For example, a fan, in particular for an engine cooling fan in a motor vehicle, can be seen in which a fixed frame surrounds the rotating fan wheel. The fan wheel comprises fan blades which are enclosed by a fan jacket, the fan jacket forming a gap with the frame. In addition, in order to achieve a fan with a high degree of efficiency and a low level of noise pollution, a secondary fan prevents or reduces a backflow of the air conveyed by the fan wheel.
A disadvantage of this configuration according to the prior art is that the fixed frame cannot bring about a positive change in the flow through an upstream heat exchanger, but primarily helps to prevent backflow.

Weiterhin geht aus der US 7 484 925 B2 eine Axiallüfteranordnung hervor, welche einen Innenring und einen Außenring, getrennt voneinander durch einen umlaufenden Zylinder, mit unterschiedlichen Schaufeln aufweist. Es wird ein Rotor und ein Stator offenbart und das zweigeteilte Lüfterrad mit dem umlaufenden Zylinder soll eine radiale Strömung der Luft entlang der Schaufeln verhindern. Weiterhin sind mehrteilige Rotoren offenbart, welche in radialer Richtung stufenförmig die Höhe der Ringe vergrößern. Die offenbarte Rotor-Stator-Kombination verbessert mit entsprechender Größe, Orientierung und Materialcharakteristik des Stators die Geräuschentwicklung und den Wärmetransport durch das Axiallüftergebläse.Continues from the US 7,484,925 B2 an axial fan assembly, which has an inner ring and an outer ring, separated from each other by a rotating cylinder, with different blades. A rotor and a stator are disclosed and the two-part fan wheel with the rotating cylinder is intended to prevent a radial flow of air along the blades. Furthermore, multi-part rotors are disclosed which increase the height of the rings in a step-like manner in the radial direction. With the appropriate size, orientation and material characteristics of the stator, the disclosed rotor-stator combination improves the noise development and the heat transport by the axial fan.

Weiterhin geht aus der US 7 359 196 B2 ein Dualimpeller-Druck-Saug-Axiallüfter mit Wärmesenke hervor. Die Wärmesenke ist insbesondere dazu geeignet, Prozessoren oder elektronische Komponenten zu kühlen. Das zweiteilige Lüfterrad ist derart ausgebildet, das der innere Axiallüfterring die Luft auf die Wärmesenke leitet und der äußere Axiallüfterring die erwärmte Luft von der Wärmesenke wegfördert.
Dazu sind die Schaufeln des inneren Axiallüfterringes derart orientiert, dass der Luftstrom auf die Wärmequelle axial geleitet und an der Wärmesenke wieder zum Lüfterrad hin umgelenkt wird. Der umgelenkte Luftstrom wird vom äußeren Axiallüfterring mit entgegengesetzt orientierten Außenschaufeln in axialer aber entgegengesetzter Richtung zu den Innenschaufeln von der Wärmequelle wegbewegt. Die Besonderheit bei diesem Axialgebläse ist darin zu sehen, dass mit einem Lüfterrad zwei axiale Luftströmungen entgegengesetzter Richtung erzeugt werden. Es entstehen zwei kreiszylinderförmige Strömungen mit entgegengesetzter Richtung.
Eine Verbesserung der Durchströmung eines Wärmeübertragers in einer Richtung kann mit letztgenanntem Axialventilator nach dem Stand der Technik nicht erreicht werden.Continues from the US 7,359,196 B2 a dual impeller pressure suction axial fan with heat sink. The heat sink is particularly suitable for cooling processors or electronic components. The two-part fan wheel is designed such that the inner axial fan ring directs the air to the heat sink and the outer axial fan ring conveys the heated air away from the heat sink.
For this purpose, the blades of the inner axial fan ring are oriented in such a way that the air flow is directed axially to the heat source and is again deflected towards the fan wheel at the heat sink. The deflected air flow is moved away from the heat source by the outer axial fan ring with the outer blades oriented in the opposite direction to the inner blades in the axial but opposite direction. The peculiarity of this axial fan can be seen in the fact that two axial air flows in opposite directions are generated with one fan wheel. Two circular cylindrical flows with opposite directions are created.
An improvement in the flow through a heat exchanger in one direction cannot be achieved with the latter axial fan according to the prior art.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, die Durchströmung eines stromaufwärts gelegenen Wärmeübertragers mit einem Axiallüfter zu verbessern. Die Durchströmung des saugseitig angeordneten Wärmeübertragers soll mit größtmöglichem Durchströmungsquerschnitt erfolgen.The object of the invention is now to improve the flow through an upstream heat exchanger with an axial fan. The flow through the heat exchanger arranged on the suction side should take place with the largest possible flow cross-section.

Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an object with the features according to claim 1. Developments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch eine Axiallüfteranordnung mit einem Axiallüfter und einem saugseitig vorm Axiallüfter angeordneten Wärmeübertrager gelöst. Bevorzugt ist der Wärmeübertrager und der Axiallüfter von einem Gehäuse umgeben, welches strömungsleitend ausgeführt ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch realisiert, dass der Axiallüfter ein mehrteiliges beziehungsweise mehrgliedriges Lüfterrad aufweist. Das Lüfterrad selbst kann dabei aus einem Stück oder auch zusammengesetzt ausgeführt sein. Die Mehrteiligkeit bezieht sich auf funktionelle Bereiche. Das Lüfterrad weist in radialer Richtung eine Nabe, einen Innenring mit Innenschaufeln und einen Außenring mit Außenschaufeln auf, wobei die Höhe des Außenrings in axialer Richtung kleiner ist als die Höhe des Innenrings. Somit stellen der Innenring und der Außenring zwei funktionale Glieder der Teile des Lüfterrades dar. Der Abstand des Außenringes vom Wärmeübertrager ist dabei größer als der Abstand des Innenrings vom Wärmeübertrager. Durch die Aufweitung des Abstandes des Lüfterrades vom Wärmeübertrager entsteht ein neues Strömungsprofil, bei welchem weitere äußere Bereiche des Wärmeübertragers durchströmt werden.The object of the invention is achieved in particular by an axial fan arrangement with a Axial fan and a heat exchanger arranged on the suction side in front of the axial fan. The heat exchanger and the axial fan are preferably surrounded by a housing which is designed to conduct flow. The solution to the problem is achieved in that the axial fan has a multi-part or multi-unit fan wheel. The fan wheel itself can be made of one piece or also assembled. The multiple parts refer to functional areas. The fan wheel has a hub in the radial direction, an inner ring with inner blades and an outer ring with outer blades, the height of the outer ring in the axial direction being less than the height of the inner ring. The inner ring and the outer ring thus represent two functional elements of the parts of the fan wheel. The distance between the outer ring and the heat exchanger is greater than the distance between the inner ring and the heat exchanger. By widening the distance of the fan wheel from the heat exchanger, a new flow profile is created, in which further outer areas of the heat exchanger are flowed through.

Besonders vorteilhaft wird die Erfindung ausgestaltet, wenn der Innenring und der Außenring des Lüfterrades auf der Druckseite eine Ebene bilden und auf der Saugseite in Strömungsrichtung der Luft in radialer Richtung abgestuft ausgebildet sind.The invention is particularly advantageously designed if the inner ring and the outer ring of the fan wheel form a plane on the pressure side and are designed in a radial manner on the suction side in the flow direction of the air.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lüfterrad bevorzugt aus drei oder mehr Ringen mit Schaufeln ausgebildet, wobei die Ringe in radialer Richtung auf der Saugseite abgestuft und nach außen mit geringerer Höhe ausgebildet sind.According to an advantageous development of the invention, the fan wheel is preferably formed from three or more rings with blades, wherein the rings are stepped in the radial direction on the suction side and are designed with a smaller height to the outside.

Vorteilhaft ist der Abstand des Innenringes zum Wärmeübertrager mit größer oder gleich 10 mm ausgebildet.The distance between the inner ring and the heat exchanger is advantageously greater than or equal to 10 mm.

Das Verhältnis der Höhe des Innenringes zur Höhe des Außenringes ist dabei vorteilhaft im Bereich von 1,5 bis 2,5 ausgebildet.The ratio of the height of the inner ring to the height of the outer ring is advantageously in the range from 1.5 to 2.5.

Bevorzugt entspricht die Höhe des Außenringes der Hälfte der Höhe des Innenringes.The height of the outer ring preferably corresponds to half the height of the inner ring.

Die Maße und Verhältnisse der Maße ergeben sich, wenn versucht wird, die Strömungsgeschwindigkeiten in den Spalten der Ringe zu dem Wärmeübertrager hin bis maximal 15 m/s zu halten. Diese Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich, wenn der Gesamtvolumenstrom hälftig auf den inneren Ventilatorring, den Innenring mit den Innenschaufeln und auf den äußeren Ventilatorring, den Außenring mit den Außenschaufeln, verteilt ist.
Die Höhe des Innenringes entspricht dabei der Standardhöhe von Laufrädern von Axialventilatoren.The dimensions and ratios of the dimensions result when an attempt is made to keep the flow velocities in the columns of the rings towards the heat exchanger up to a maximum of 15 m / s. This flow rate is obtained when the total volume flow is divided equally between the inner fan ring, the inner ring with the inner blades and the outer fan ring, the outer ring with the outer blades.
The height of the inner ring corresponds to the standard height of impellers of axial fans.

Bevorzugt ist die Ringbreite des Innenringes größer als die Ringbreite des Außenringes. Unter der Ringbreite eines Kreisringes ist dabei die Dicke des Ringes, auch als die radiale Erstreckung des Kreisringes bezeichnet, zu verstehen.The ring width of the inner ring is preferably greater than the ring width of the outer ring. The ring width of a circular ring is understood to mean the thickness of the ring, also referred to as the radial extent of the circular ring.

Die Anzahl der Innenschaufeln im Innenring ist vorteilhaft kleiner als die Anzahl der Außenschaufeln im Außenring ausgeführt.The number of inner blades in the inner ring is advantageously smaller than the number of outer blades in the outer ring.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Lüfterrad aus mehreren Ringen mit Schaufeln ausgebildet ist, wobei die Ringe in radialer Richtung auf der Saugseite abgestuft sind und die zwischen den Ringen angeordneten Schaufeln vom Schaufelgrund bis zur Schaufelspitze sich verjüngend ausgebildet sind. Als Schaufelgrund wird in radialer Richtung innen der Anfang der Schaufel und als Schaufelspitze in radialer Richtung außen das Ende der Schaufel bezeichnet. Im Ergebnis verjüngt sich die Schaufel vom Anfang zum Ende und es entsteht ein sich stetig in radialer Richtung nach außen sich weitender Spalt zwischen dem Lüfterrad und dem Wärmeübertrager.According to a preferred embodiment of the invention, the fan wheel is formed from a plurality of rings with blades, the rings being stepped in the radial direction on the suction side and the blades arranged between the rings being tapered from the blade base to the blade tip. The beginning of the blade in the radial direction on the inside is referred to as the blade base and the end of the blade in the radial direction on the outside as the blade tip. As a result, the blade tapers from the beginning to the end, and a gap between the fan wheel and the heat exchanger is created which widens outward in the radial direction.

Gemäß einer Vorzugsausgstaltung der Erfindung weist das Lüfterrad einen Innenring mit elf Innenschaufeln auf.According to a preferred embodiment of the invention, the fan wheel has an inner ring with eleven inner blades.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht ebenso darin, wenn das Lüfterrad einen Außenring mit zweiundvierzig Außenschaufeln aufweist.An advantageous embodiment of the invention also consists in the fan wheel having an outer ring with forty-two outer blades.

Besonders bevorzugt ist ein Lüfterrad mit einem Innenring mit elf Innenschaufeln und einem Außenring von zweiundvierzig Außenschaufeln ausgebildet.A fan wheel is particularly preferably formed with an inner ring with eleven inner blades and an outer ring with forty-two outer blades.

Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass der Axiallüfter aus mehreren funktions- und konstruktionsverschiedenen Teilen besteht. Bevorzugt wird die Konzeption dadurch umgesetzt, dass zwei konzentrische Kreisringe mit Lüfterschaufeln ausgebildet sind, wobei der äußere Teil eine geringere Tiefe in axialer Richtung hat im Vergleich zum inneren Teil. In entsprechender Anordnung gegenüber dem Wärmeübertrager vergrößert sich damit die Durchtrittsfläche im Schaufelendbereich und mehr Luft kann aus den entfernter liegenden Bereichen des Wärmeübertragers unter geringeren Druckverlusten in den Axiallüfter strömen. Durch die Vergrößerung des Abstandes des Lüfterrades beziehungsweise von Teilen des Lüfterrades vom Wärmeübertrager kann der stromaufwärts liegende Wärmeübertrager verbessert durchströmt werden. Alternativ kann die axiale Baulänge des Moduls durch ein weiteres Heranrücken beziehungsweise Zusammenschieben des Lüfterrades an den Wärmeübertrager verringert werden unter Beibehaltung der Luftleistung des Gesamtmoduls. Besonders vorteilhaft ist, dass die Verbesserung der Durchströmung ohne zusätzliche Kosten und ohne aufwendige konstruktive Änderungen am Kühlmodul erreicht werden kann. Allein die Anpassung der Gestaltung des Lüfterrades erzeugt signifikant positive Effekte auf die Strömungscharakteristik des Saugvolumenstromes durch den Wärmeübertrager hindurch.The concept of the invention is that the axial fan consists of several functionally and structurally different parts. The concept is preferably implemented in that two concentric circular rings are formed with fan blades, the outer part having a smaller depth in the axial direction compared to the inner part. In a corresponding arrangement compared to the heat exchanger, the passage area in the blade end area increases and more air can flow into the axial fan from the distant areas of the heat exchanger with lower pressure losses. By increasing the distance of the fan wheel or parts of the fan wheel from the heat exchanger, the flow through the upstream heat exchanger can be improved. Alternatively, the axial overall length of the module can be reduced by moving the fan wheel closer to or closer to the heat exchanger while maintaining the air output of the overall module. It is particularly advantageous that the improvement of Flow can be achieved without additional costs and without complex design changes to the cooling module. Simply adapting the design of the fan wheel produces significantly positive effects on the flow characteristics of the suction volume flow through the heat exchanger.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1A: Ausschnitt einteiliges Lüfterrad nach dem Stand der Technik,
  • 1B: Seitenansicht Schnitt Axiallüfteranordnung nach dem Stand der Technik,
  • 2A: Draufsicht Lüfterrad in axialer Richtung,
  • 2B: perspektivische Ansicht eines Lüfterrades,
  • 3: Ausschnitt Perspektivdarstellung mehrteiliges Lüfterrad,
  • 4: Seitenansicht Schnitt Axiallüfteranordnung mit Strömungsgeschwindigkeitsprofil.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1A : Section of one-piece fan wheel according to the state of the art,
  • 1B : Side view section axial fan arrangement according to the prior art,
  • 2A : Top view of fan wheel in axial direction,
  • 2 B : perspective view of a fan wheel,
  • 3rd : Detail perspective view of multi-part fan wheel,
  • 4th : Side view section axial fan arrangement with flow velocity profile.

In 1A ist eine perspektivische Detaildarstellung eines Lüfterrades 4 nach dem Stand der Technik gezeigt. Das Lüfterrad 4 weist eine Nabe 5 mit entsprechendem Nabenring auf, an welchem der Innenring mit den Innenschaufeln 6 beginnt und sich von der Nabe 5 weg radial nach außen erstreckt. Der Innenring 6 wird in radialer Richtung endseitig begrenzt durch einen nicht näher bezeichneten Abschluss, ein zylinderförmiges Band, welches die Schaufeln aufnimmt und endseitig verbindet. Das zylindrische Band besitzt eine Höhe 11, welches ein Maß für die axiale Erstreckung des Lüfterrades 4 des axialen Lüfters darstellt.In 1A is a detailed perspective view of a fan wheel 4th shown according to the prior art. The fan wheel 4th has a hub 5 with the corresponding hub ring on which the inner ring with the inner blades 6 starts and turns off the hub 5 extends radially outward. The inner ring 6 is delimited in the radial direction at the end by an unspecified end, a cylindrical band which receives the blades and connects them at the end. The cylindrical band has a height 11 , which is a measure of the axial extension of the fan wheel 4th of the axial fan.

In 1B ist eine Axiallüfteranordnung 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, nach welcher ein Wärmeübertrager 2 in axialer Richtung zum Axiallüfter 3 mit dem Lüfterrad 4 beabstandet angeordnet ist. Die Drehachse 15 des Lüfterrades 4 verdeutlicht, dass der Schnitt der Axiallüfteranordnung 1 rotationssymmetrisch ausgeführt und nur eine Hälfte der Axiallüfteranordnung dargestellt ist. Die Höhe 11 des Innenringes kennzeichnet die axiale Erstreckung des Lüfterrades 4. Der vom Abstand 13 des Innenrings 6 vom Wärmeübertrager 2 gebildete Raum wird von der Luft 14 auf dem Weg vom Wärmeübertrager 2 zum Lüfterrad 4 durchströmt. Auf dem Weg durch den Wärmeübertrager 2 hindurch vom Axiallüfter 3 in axialer Richtung angesaugt, durchströmt die Luft 14 den Raum zwischen dem Wärmeübertrager 2 und dem Axiallüfter 3 und wird schließlich durch das Lüfterrad 4 an der Saugseite des Axiallüfters 3 erfasst und in axialer Richtung durch die nicht näher bezeichneten Innenschaufeln des Lüfterrades 4 befördert. Im oberen Bereich der 1B ist qualitativ ein Geschwindigkeitsprofil der den Wärmeübertrager 2 durchströmenden Luft 14 dargestellt. Im Bereich des Innenringes 6 mit den Innenschaufeln ist die axiale Durchströmungsgeschwindigkeit vax der Luft 14 entlang des Radius r im Wärmeübertrager 2 auf einem hohen geichmäßigen Niveau. Die Geschwindigkeit fällt jedoch unmittelbar nach dem Ende der Innenschaufeln des Lüfterrades 4 stark ab und die nicht unmittelbar dem Innenring 6 gegenüberliegenden Bereiche des Wärmeübertragers 2 werden sehr schlecht beziehungsweise gar nicht durchströmt. Der Abstand 13 des Innenrings 6 zum Wärmeübertrager 2 ist zu gering dimensioniert, um die Luft 14 in den äußeren Bereichen des Wärmeübertragers 2 anzusaugen. Dadurch sinkt die Effizienz des Wärmeübertragers 2 und es kommt in den durchströmten Bereichen zu einem entsprechend hohen Druckverlust.In 1B is an axial fan arrangement 1 shown according to the prior art, according to which a heat exchanger 2nd in the axial direction to the axial fan 3rd with the fan wheel 4th is arranged spaced. The axis of rotation 15 of the fan wheel 4th clarifies that the section of the axial fan assembly 1 executed rotationally symmetrical and only one half of the axial fan arrangement is shown. The height 11 of the inner ring identifies the axial extension of the fan wheel 4th . The one from the distance 13 of the inner ring 6 from the heat exchanger 2nd formed space is from the air 14 on the way from the heat exchanger 2nd to the fan wheel 4th flows through. On the way through the heat exchanger 2nd through the axial fan 3rd Sucked in the axial direction, flows through the air 14 the space between the heat exchanger 2nd and the axial fan 3rd and is eventually through the fan wheel 4th on the suction side of the axial fan 3rd captured and in the axial direction by the unspecified inner blades of the fan wheel 4th promoted. At the top of the 1B is qualitatively a speed profile of the heat exchanger 2nd flowing air 14 shown. In the area of the inner ring 6 with the inner blades is the axial flow velocity v ax of the air 14 along the radius r in the heat exchanger 2nd at a high level. However, the speed drops immediately after the end of the inner blades of the fan wheel 4th strongly and not directly to the inner ring 6 opposite areas of the heat exchanger 2nd are flowed through very badly or not at all. The distance 13 of the inner ring 6 to the heat exchanger 2nd is too small to air 14 in the outer areas of the heat exchanger 2nd suck in. This reduces the efficiency of the heat exchanger 2nd and there is a correspondingly high pressure loss in the flow areas.

In 2A ist ein Lüfterrad 4 nach der Erfindung in der Draufsicht dargestellt. Die funktionsbezogenen Teile des mehrteiligen Lüfterrades 4 sind die Nabe 5 im Zentrum des Lüfterrades 4, umgeben koaxial vom kreisringförmigen Innenring 6 mit den Innenschaufeln sowie an den Innenring 6 anschließend der Außenring 7 mit den zugehörigen Außenschaufeln.In 2A is a fan wheel 4th shown in plan view according to the invention. The function-related parts of the multi-part fan wheel 4th are the hub 5 in the center of the fan wheel 4th , surrounded coaxially by the circular inner ring 6 with the inner blades and on the inner ring 6 then the outer ring 7 with the associated outer blades.

In 2B ist das Lüfterrad 4 gemäß 2a perspektivisch dargestellt, wobei dreidimensional die Lage der Innenschaufeln und Außeschaufeln, welche eine gleiche Orientierung haben, sichtbarer gemacht wird.In 2 B is the fan wheel 4th according to 2a shown in perspective, the position of the inner blades and outer blades, which have the same orientation, being made more visible in three dimensions.

In 3 ist ein Detail des Lüfterrades 4 aus 2B vergrößert dargestellt. Das Lüfterrad 4 hat in axialer Richtung eine Höhe 10, 11, die in Abhängigkeit des entsprechenden Ringes 6, 7 verschiedene Ausmaße hat. Die größte Höhe 11 besitzt der Innenring 6 mit den Innenschaufeln. Stufenförmig wird die Höhe nach außen geringer. Dargestellt ist die Höhe 11 des Innenringes qualitativ größer als die Höhe 10 des Außenringes. Die Abstufung nach außen bewirkt einen Platzgewinn für den Richtungswechsel des Saugvolumenstroms, der vom Lüfterrad 4 erzeugt wird und der durch den verbesserten Druckabbau im Raum zwischen dem Lüfterrad 4 und dem Wärmeübertrager 2 über einen größeren Bereich des Wärmeübertragers 2 strömen kann.In 3rd is a detail of the fan wheel 4th out 2 B shown enlarged. The fan wheel 4th has a height in the axial direction 10th , 11 that depend on the corresponding ring 6 , 7 has different dimensions. The greatest height 11 has the inner ring 6 with the inner blades. The height gradually decreases towards the outside. The height is shown 11 of the inner ring qualitatively larger than the height 10th of the outer ring. The gradation towards the outside saves space for changing the direction of the suction volume flow, that of the fan wheel 4th is generated by the improved pressure reduction in the space between the fan wheel 4th and the heat exchanger 2nd over a larger area of the heat exchanger 2nd can flow.

Dargestellt ist diese Wirkungsweise in 4 schematisch. Der Axiallüfter 3 mit seinem Lüfterrad 4 ist mit der Drehachse 15 des Axiallüfters 3 in der Seitenansicht dargestellt. Das Lüfterrad 4 besteht im axialen Kern aus der Nabe 5, welche beispielsweise die Antriebskomponente des Lüfters 3 aufnimmt. Koaxial zur Nabe 5 ist der Innenring 6 mit den Innenschaufeln um die Nabe 5 herum angeordnet, wobei der Innenring im Wesentlichen die gleiche Höhe 11 wie die Nabe 5 in axialer Richtung besitzt. In radialer Richtung nach außen schließt sich, gleichfalls koaxial positioniert, der Außenring 7 mit den Außenschaufeln an den Innenring 6 an. Der Innenring 6 besitzt eine Höhe 11, wohingegen der Außenring 7 eine geringere Höhe 10 besitzt. Der Radius 8 des Innenringes gibt das Ende des Innenringes 6 an und der Radius 9 des Außenringes ist die Begrenzung des dargestellten Lüfterrades 4 in radialer Richtung.
Wesentlich für die Funktionsweise und die Verbesserung der Durchströmungsverhältnisse ist der nach außen hin größer werdende Abstand des Lüfterrades 4 zum Wärmeübertrager 2. Der Abstand 13 des Innenringes zum Wärmeübertrager 2 kennzeichnet den minimalen Abstand des Axiallüfters 3 zum Wärmeübertrager 2. Der Abstand 12 des Außenringes des Wärmeübertragers 2 ist größer als der Abstand 13 des Innneringes 6. Die Darstellung zeigt deutlich die stufenförmige Vergrößerung des Abstandes zum Wärmeübertrager 2 in der zweiten Stufe des Außenringes 7, so dass für die Ausgestaltung der Strömung durch die Zurücksetzung der Höhe des Außenringes 7 mehr Raum und Strömungslänge zwischen dem Axiallüfter 3 und dem Wärmeübertrager 2 gegeben wird.
Im oberen Bereich von 4 ist das Geschwindigkeitsprofil der Störmungsgeschwindigkeit vax in axialer Richtung der Luft 14 durch den Wärmeübertrager 2 über den Radius r des Lüfterrades 4 qualitativ gezeigt. Dabei weist die Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung erst zum Rand des Wärmeübertragers hin einen signifikanten Abfall auf, wohingegen im Bereich des Außenringes 7 mit den Außenschaufeln immer noch eine relativ große Strömungsgeschwindigkeit durch die erfindungsgemäße stufenförmige Reduzierung der Höhe und der Vergrößerung des Abstandes des Lüfterrades 4 zum Wärmeübertrager 2 nachweisbar ist.
Die Luft 14 wird vom Axiallüfter 3 durch den Wärmeübertrager 2 hindurch angesaugt, tritt in das Lüfterrad 4 ein und wird beschleunigt als Luftstrom in das nicht dargestellte Gehäuse der Axiallüfteranordnung 1 abgegeben.This mode of action is shown in 4th schematically. The axial fan 3rd with his fan wheel 4th is with the axis of rotation 15 of the axial fan 3rd shown in side view. The fan wheel 4th consists of the hub in the axial core 5 which, for example, the drive component of the fan 3rd records. Coaxial to the hub 5 is the inner ring 6 with the inner blades around the hub 5 arranged around, the inner ring being substantially the same height 11 like the hub 5 in the axial direction. The outer ring closes in the radial direction towards the outside, also coaxially positioned 7 with the outer blades on the inner ring 6 on. The inner ring 6 has a height 11 , whereas the outer ring 7 a lower height 10th owns. The radius 8th of the inner ring is the end of the inner ring 6 on and the radius 9 the outer ring is the limitation of the fan wheel shown 4th in the radial direction.
Essential to the functioning and the improvement of the flow conditions is the increasing distance of the fan wheel towards the outside 4th to the heat exchanger 2nd . The distance 13 the inner ring to the heat exchanger 2nd indicates the minimum distance of the axial fan 3rd to the heat exchanger 2nd . The distance 12th the outer ring of the heat exchanger 2nd is greater than the distance 13 of the inner ring 6 . The illustration clearly shows the step-wise increase in the distance to the heat exchanger 2nd in the second stage of the outer ring 7 , so that for the design of the flow by resetting the height of the outer ring 7 more space and flow length between the axial fan 3rd and the heat exchanger 2nd is given.
In the upper range of 4th is the velocity profile of the disturbance velocity v ax in the axial direction of the air 14 through the heat exchanger 2nd over the radius r of the fan wheel 4th qualitatively shown. The flow velocity in the radial direction only shows a significant drop towards the edge of the heat exchanger, whereas in the area of the outer ring 7 with the outer blades still a relatively high flow rate due to the step-like reduction of the height and the increase in the distance of the fan wheel according to the invention 4th to the heat exchanger 2nd is detectable.
The air 14 is from the axial fan 3rd through the heat exchanger 2nd sucked through, enters the fan wheel 4th and is accelerated as air flow into the housing of the axial fan arrangement, not shown 1 submitted.

BezugszeichenlisteReference list

11
AxiallüfteranordnungAxial fan arrangement
22nd
WärmeübertragerHeat exchanger
33rd
AxiallüfterAxial fan
44th
LüfterradFan wheel
55
Nabehub
66
Innenring mit InnenschaufelnInner ring with inner blades
77
Außenring mit AußenschaufelnOuter ring with outer blades
88th
Radius InnenringRadius inner ring
99
Radius AußenringRadius outer ring
1010th
Höhe AußenringOuter ring height
1111
Höhe InnenringInner ring height
1212th
Abstand AußenringDistance outer ring
1313
Abstand InnenringDistance inner ring
1414
Luftair
1515
Drehachse AxiallüfterAxial fan rotation axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102010039219 A1 [0004]DE 102010039219 A1 [0004]
  • US 7484925 B2 [0005]US 7484925 B2 [0005]
  • US 7359196 B2 [0006]US 7359196 B2 [0006]

Claims (10)

Axiallüfteranordnung (1) mit einem Axiallüfter (3) und einem saugseitig vom Axiallüfter (3) angeordneten Wärmeübertrager (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (3) ein mehrteiliges Lüfterrad (4) aufweist, welches in radialer Richtung eine Nabe (5), einen Innenring (6) mit Innenschaufeln und einen Außenring (7) mit Außenschaufeln aufweist, wobei die Höhe (10) des Außenrings (7) in axialer Richtung kleiner ist als die Höhe (11) des Innenrings (6) und dass der Abstand (12) des Außenringes (7) vom Wärmeübertrager (2) größer ist als der Abstand (13) des Innenringes (6) vom Wärmeübertrager (2).Axial fan arrangement (1) with an axial fan (3) and a heat exchanger (2) arranged on the suction side of the axial fan (3), characterized in that the axial fan (3) has a multi-part fan wheel (4) which has a hub (5) in the radial direction. , has an inner ring (6) with inner blades and an outer ring (7) with outer blades, the height (10) of the outer ring (7) being smaller in the axial direction than the height (11) of the inner ring (6) and the distance ( 12) of the outer ring (7) from the heat exchanger (2) is greater than the distance (13) of the inner ring (6) from the heat exchanger (2). Axiallüfteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und der Außenring (7) des Lüfterrades (4) auf der Druckseite eine Ebene bilden und auf der Saugseite in radialer Richtung abgestuft ausgebildet sind.Axial fan arrangement (1) after Claim 1 , characterized in that the inner ring (6) and the outer ring (7) of the fan wheel (4) form a plane on the pressure side and are stepped in the radial direction on the suction side. Axiallüfteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (4) aus drei oder mehr Ringen mit Schaufeln ausgebildet ist, wobei die Ringe in radialer Richtung auf der Saugseite abgestuft ausgebildet sind.Axial fan arrangement (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the fan wheel (4) is formed from three or more rings with blades, the rings being stepped in the radial direction on the suction side. Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (13) des Innenringes (6) zum Wärmeübertrager (2) mit größer oder gleich 10 mm ausgebildet ist.Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the distance (13) between the inner ring (6) and the heat exchanger (2) is greater than or equal to 10 mm. Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe (11) des Innenringes (6) zur Höhe (10) des Außenringes (7) im Bereich von 1,5 bis 2,5 ausgebildet ist.Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the ratio of the height (11) of the inner ring (6) to the height (10) of the outer ring (7) is in the range from 1.5 to 2.5. Axiallüfteranordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (10) des Außenringes (7) der Hälfte der Höhe (11) des Innenringes (6) entspricht.Axial fan arrangement (1) after Claim 5 , characterized in that the height (10) of the outer ring (7) corresponds to half the height (11) of the inner ring (6). Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringbreite des Innenringes (6) größer ist als die Ringbreite des Außenringes (7).Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the ring width of the inner ring (6) is larger than the ring width of the outer ring (7). Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Innenschaufeln im Innenring (6) kleiner ist als die Anzahl der Außenschaufeln im Außenring (7).Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the number of inner blades in the inner ring (6) is smaller than the number of outer blades in the outer ring (7). Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (4) aus mehreren Ringen mit Schaufeln ausgebildet ist, wobei die Ringe in radialer Richtung auf der Saugseite abgestuft sind und die zwischen den Ringen angeordneten Schaufeln vom Schaufelgrund bis zur Schaufelspitze sich verjüngend ausgebildet sind.Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the fan wheel (4) is formed from a plurality of rings with blades, the rings being stepped in the radial direction on the suction side and the blades arranged between the rings being tapered from the blade base to the blade tip. Axiallüfteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und der Außenring (7) derart dimensioniert sind, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in den Spalten der Ringe zu dem Wärmeübertrager (2) hin maximal 15 m/s beträgt, wobei der Gesamtvolumenstrom der Luft (14) hälftig auf den inneren Ventilatorring, den Innenring (6) mit den Innenschaufeln und auf den äußeren Ventilatorring, den Außenring (7) mit den Außenschaufeln, verteilt ist.Axial fan arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the inner ring (6) and the outer ring (7) are dimensioned such that the flow velocities in the columns of the rings to the heat exchanger (2) is a maximum of 15 m / s, the total volume flow of the air (14) is distributed in half on the inner fan ring, the inner ring (6) with the inner blades and on the outer fan ring, the outer ring (7) with the outer blades.
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