DE60115416T2

DE60115416T2 - Strömungsmaschine mit einem dichtelement zwischen rotor und gehäuse

Info

Publication number: DE60115416T2
Application number: DE2001615416
Authority: DE
Inventors: Frank Stauder; Ian Lockley; Sylvain Nadeau; William Holmes; Graham Alexander HUNT
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2021-05-03
Also published as: US6471472B1; AU2001258097A1; EP1278943B1; JP2003532013A; WO2001083950A1; DE60115416D1; EP1278943A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht Priorität aufgrund der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Eingangsnr. 60/201.416, eingereicht am 3. Mai 2000.
Die Erfindung betrifft allgemein Lüfter zur Verwendung in Kühlsystemen. Die Erfindung betrifft speziell ein Dichtelement in einem Spalt zwischen Rotor und Gehäuse des Lüfters, um das Geräusch zu reduzieren, indem die wirbelnden Anteile des Luftstroms am Bereich der Lüfterflügelspitzen eliminiert werden, und um Luftverlust durch den Spalt zu minimieren, was zu einer Effizienzsteigerung des Lüfters führt.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlicherweise werden bei Axialgebläsen an den Flügelspitzen Labyrinthdichtungen verwendet, um Luftverluste an den Flügelspitzen oder den Luftstrom in einem Spalt (der in einer Größenordnung von 5 mm ist) zwischen dem Gehäuse und dem Rotor zu reduzieren. In DE 19803502 wird eine Bürstendichtung offenbart, die eine teilweise Beschränkung für den Luftstrom darstellt. Die Dichtung ist schmal und nicht effizient.
Es sind auch Rippen verwendet worden im Bemühen, diese Luftverluste zu reduzieren. Ein Nachteil der Labyrinthdichtung ist, dass diese Dichtung schwierig herzustellen ist und dass häufig die axialen Beschränkungen des Kraftfahrzeugs eine angemessene Konstruktion der Dichtung einschränken. Rippen im Bereich der Flügelspitzen verhindern lediglich, dass die wirbelnden Anteile des Luftstroms Turbulenzen durch erneutes Eintreten in den Lüfter verursachen. Allerdings verhindern die Rippen den Luftverlust durch den Flügelspitzenspalt nicht wirksam.
Dementsprechend besteht Bedarf dafür, ein Dichtelement bereitzustellen, um den Spalt zwischen Rotor und Gehäuse zu verkleinern und um die wirbelnden Anteile im Bereich der Flügelspitzen eines Lüfters zu entfernen, um das Geräusch zu reduzieren bei gleichzeitig unwesentlichen Verlusten der statischen Effizienz.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den vorstehend genannten Bedarf zu befriedigen. Gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe erfüllt, indem eine Strömungsmaschine bereitgestellt wird, die Luft fördert. Die Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse, das um eine Längsachse angeordnet ist, und eine Rotorbaugruppe, die drehbar um die Längsachse angebracht ist. Die Rotorbaugruppe besitzt eine Vielzahl von Lüfterflügeln, und die Spitzen der Flügel sind mit einem ringförmigen Reifen verbunden. Der ringförmige Reifen ist relativ zum Gehäuse so angeordnet, dass er einen Spalt definiert, der durchgehend zwischen einer Außenfläche des ringförmigen Reifens und einer Innenfläche des Gehäuses verläuft. Ein Dichtelement ragt im Wesentlichen von der gesamten Innenfläche des Gehäuses hervor und in den Spalt hinein, um Wirbel zu reduzieren und Luftverlust durch den Spalt zu minimieren, und es wird von einer Vielzahl von Fasern, Borsten und Fäden gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Reduzierung der Effekte des Luftstroms zwischen einem Gehäuse und einer Rotorbaugruppe bereitgestellt. Das Gehäuse ist um eine Längsachse angeordnet und die Rotorbaugruppe ist drehbar um die Längsachse angebracht. Die Rotorbaugruppe besitzt eine Vielzahl von Lüfterflügeln, und die Spitzen der Flügel sind mit einem ringförmigen Reifen verbunden. Der ringförmige Reifen ist relativ zum Gehäuse so angeordnet, dass er einen Spalt definiert, der durchgehend zwischen einer Außenfläche des ringförmigen Reifens und einer Innenfläche des Gehäuses verläuft. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Dichtelements, das im Wesentlichen von der gesamten Innenfläche des Gehäuses hervor- und in den Spalt hineinragt, um Wirbel zu reduzieren und Luftverlust durch den Spalt zu minimieren, und es wird von einer Vielzahl von Fasern, Borsten und Fäden gebildet.
Weitere Aufgaben, Merkmale und charakteristische Eigenschaften der Erfindung sowie die Wirkungsweise und die Funktion der zugehörigen Elemente der Konstruktion, die Kombination von Teilen und wirtschaftliche Aspekte der Fertigung werden beim Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei all dies Bestandteile der vorliegenden Patentbeschreibung sind, noch besser ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird beim Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben besser verständlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und wobei:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Flügelspitzenbereichs eines Axialgebläses ist, die ein Dichtelement in Form von Fasern darstellt, das in einem Spalt zwischen Gehäuse und Rotor des Lüfters angeordnet ist und gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird;
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Flügelspitzenbereichs eines Axialgebläses ist, die ein Dichtelement darstellt, das gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Spalt zwischen Gehäuse und Rotor des Lüfters angeordnet ist;
3 ein Schaubild der Lüftermoduleffizienz über dem Strömungskoeffizienten ist, in dem Vergleiche zwischen einem herkömmlichen Lüftermodul und Lüftermodulen dargestellt sind, die mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement ausgestattet sind;
4 ein Schaubild des Geräuschpegels über dem Volumenstrom ist, in dem Vergleiche zwischen einem herkömmlichen Lüftermodul und Lüftermodulen dargestellt sind, die mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement ausgestattet sind.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Bereich einer Flügelspitze eines Lüfters, allgemein mit 10 bezeichnet, dargestellt wird, der den Prinzipien der vorliegenden Erfindung entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Lüfter 10 ein Axialgebläse, bei dem ein angebrachtes Gehäuse 12 um eine Längsachse A angeordnet ist und eine Rotorbaugruppe 14 um die Achse A drehbar ist. Die Rotorbaugruppe 14 ist in einem Abstand zum Gehäuse 12 angeordnet, um einen ringförmigen Spalt 16 zwischen dem Gehäuse 12 und der Rotorbaugruppe 14 zu definieren. Der Spalt 16 kann sich in einer Größenordnung von 5 mm bewegen. Die Rotorbaugruppe 14 umfasst eine Vielzahl von Lüfterflügeln 18. Jeder der Lüfterflügel 18 ist an einer Nabe (nicht dargestellt) an einem Lüfterflügelende befestigt und eine Flügelspitze 20 jedes Lüfterflügels ist an einer inneren umlaufenden Wand 22 eines ringförmigen Reifens 24 befestigt.
Wie in 1 gezeigt, hat der ringförmige Reifen 24 einen allgemein L-förmigen Querschnitt und besitzt eine allgemein axial verlaufende Wand 26 und eine radial verlaufende Wand 28, die mit der axial verlaufenden Wand 26 verbunden ist. Die Außenfläche 29 der axial verlaufenden Wand 26 definiert zusammen mit der Innenfläche 32 des Gehäuses 12 den Spalt 16. Somit verläuft der Spalt 16 durchgehend zwischen dem ringförmigen Reifen 24 und der Innenfläche 32 des Gehäuses 12, so dass der ringförmige Reifen 24 beim Drehen der Rotorbaugruppe 14 nicht auf die Innenfläche 32 trifft.
Gemäß der Erfindung wird ein Dichtelement 30 auf der Innenfläche 32 des Gehäuses 12 bereitgestellt, so dass es sich in den Spalt 16 erstreckt, um dem Luftstrom einen Widerstand entgegenzusetzen, wenn die Luft verwirbelt und in Richtung des Pfeils C in 1 zurück und in den Spalt 16 strömt, und um den Luftverlust durch den Spalt 16 zu minimieren. Das Dichtelement 30 kann an der Fläche 32 des Gehäuses 12 mittels eines Klebers 31 befestigt sein, oder es kann eingegossen oder auf sonstige Weise als Bestandteil des Gehäuses 12 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Dichtelement eine Vielzahl von Fasern umfassen, die in kleinen Öffnungen entstehen, die in die Wände im Innenbereichs des Werkzeugs für das Gehäuse geformt wurden. Ferner kann die Fläche 32 eine Nut umfassen, wobei das Dichtelement 30 in die Nut eingeschoben wird.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das Dichtelement 30 eine Vielzahl von Borsten, Fäden oder Fasern 34 in einer engen Anordnung wie zum Beispiel entweder bei der Schlingenseite oder der Häkchenseite eines herkömmlichen Klettverschluss-Befestigungssystems (Velcro^®). Somit kann das Dichtelement 30 eine Vielzahl von elastischen Elementen umfassen, die auf einem Trägergewebe angebracht sind und an der Fläche 32 angeklebt sind. Die Fläche 33 des Gehäuses kann ebenfalls mit dem Dichtelement 30 ausgestattet sein. Wie in 2 dargestellt, kann das Dichtelement 30 aus Schaumstoff, Gummi und anderen Arten von flexiblem, luftdurchlässigem Material 34' bestehen oder einem grobkörnigen Schleifpapier oder Wachs, das auf das Gehäuse 12 aufgebracht wird. Alternativ kann beim Formvorgang des Gehäuses die innere Fläche 32 eine raue Oberfläche erhalten, um dieselbe Funktion wie Schleifpapier bereitzustellen, oder die Flächen 29 und 32 können korrespondierend gestufte Oberflächen haben.
Wirbel und axiale Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit müssen nun durch einen Pfad aus Fasern, Schaumstoff oder Dichtungsmaterial, der einen hohen Widerstand bietet, oder an ihm vorbei passieren. Die Fasern, der Schaumstoff oder das sonstige Dichtungsmaterial führen zu einem Anstieg der abzuführenden kinetischen Energie und führen die kinetische Energie des Luftstroms in Richtung des Pfeils C ab, wodurch das Geräusch des Lüfters reduziert und die Effizienz gesteigert wird. Die Dichtigkeit des Dichtelements reduziert ferner die Weite des Spalts 16 und vergrößert den Luftwiderstand im Spalt 16, um den axialen Verluststrom zu minimieren. Das Dichtelement 30 kann in Kontakt mit der axial verlaufenden Wand 26 der Rotorbaugruppe 14 sein, es wird jedoch ein Mindestspiel bevorzugt, um das Kontaktgeräusch und das Motordrehmoment zu reduzieren.
3 ist ein Schaubild der Effizienz des Lüftermoduls über dem Strömungskoeffizienten, das einen Vergleich zwischen einem Basisversions- oder herkömmlichen Lüftermodul ohne Dichtelement und erfindungsgemäßen Lüftermodulen zeigt, die ein Dichtelement aus Wachs, ein Dichtelement mit Klettverschlusshaken (Velcro^®) sowie ein Dichtelement mit Velcro^®-Schlingen verwenden, die auf der Oberfläche 32 des Gehäuses 12 angeordnet sind. Wie dargestellt verbessern die erfindungsgemäßen Dichtelemente die Effizienz des Lüftermoduls.
4 ist ein Schaubild des Geräuschpegels des Lüftermoduls über dem normalisierten Volumenstrom, das einen Vergleich zwischen dem Basisversions- oder herkömmlichen Lüftermodul ohne Dichtelement und erfindungsgemäßen Lüftermodulen zeigt, die ein Dichtelement aus Wachs, ein Dichtelement mit Klettverschlusshaken (Velcro^®) sowie ein Dichtelement mit Velcro^®-Schlingen verwenden, die auf der Oberfläche 32 des Gehäuses 12 angeordnet sind. Wie dargestellt reduziert das erfindungsgemäße Dichtelement den Gesamtgeräuschpegel des Lüftermoduls.
Die vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsformen wurden für die Zwecke der Veranschaulichung der Konstruktions- und Funktionsprinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben, sowie um die Verfahren der Anwendung der bevorzugten Ausführungsformen darzustellen, und sie können geändert werden, ohne dass von diesen Prinzipien abgewichen wird. Deshalb schließt diese Erfindung alle Modifikationen ein, die sich im Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche bewegen.

Claims

Strömungsmaschine (10) zum Fördern von Luft, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse (12), das um eine Längsachse angeordnet ist, eine Rotorbaugruppe (14), die drehbar um die Längsachse angebracht ist, wobei die Rotorbaugruppe (14) eine Vielzahl von Lüfterflügeln (18) aufweist, wobei die Spitzen der Lüfterflügel mit einem ringförmigen Reifen (24) verbunden sind, wobei der ringförmige Reifen (24) relativ zum Gehäuse (12) so angeordnet ist, dass er einen Spalt (16) definiert, der durchgehend zwischen einer Außenfläche des ringförmigen Reifens (24) und einer Innenfläche des Gehäuses (12) verläuft, und ein Dichtelement (30), das im Wesentlichen von der gesamten Innenfläche des Gehäuses (12) hervor- und in den Spalt (16) hineinragt, um Wirbel zu reduzieren und Luftverlust durch den Spalt (16) zu minimieren, wobei das Dichtelement (30) entweder von einer Vielzahl von Fasern, einer Vielzahl von Borsten oder einer Vielzahl von Fäden gebildet wird.
Strömungsmaschine nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement (30) an der Innenfläche des Gehäuses (12) angebracht ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 2, wobei das Dichtelement (30) mit Klebstoff an der Innenfläche angebracht ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 3, wobei das Dichtelement (30) eine Vielzahl von elastischen Elementen umfasst, die auf einem Trägergewebe angebracht sind.
Strömungsmaschine nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Reifen (24) eine radial verlaufende Wand und eine axial verlaufende Wand aufweist, die mit der radial verlaufenden Wand verbunden ist, wobei das Dichtelement zwischen einer Außenfläche der axial verlaufenden Wand und der Innenfläche des Gehäuses (12) bereitgestellt wird.
Strömungsmaschine nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement (30) ein flexibles Material umfasst, das auf der Innenfläche angebracht ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 6, wobei das Material ein Schaumstoffmaterial ist.
Verfahren zur Reduzierung der Effekte des Luftstroms zwischen einem Gehäuse und einer Rotorbaugruppe, wobei das Gehäuse um eine Längsachse angeordnet ist und die Rotorbaugruppe drehbar um die Längsachse angeordnet ist, wobei die Rotorbaugruppe eine Vielzahl von Lüfterflügeln aufweist, wobei die Spitzen der Lüfterflügel mit einem ringförmigen Reifen verbunden sind, wobei der ringförmige Reifen relativ zum Gehäuse so angeordnet ist, dass er einen Spalt definiert, der durchgehend zwischen einer Außenfläche des ringförmigen Reifens und einer Innenfläche des Gehäuses verläuft, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Bereitstellen eines Dichtelements, das im Wesentlichen von der gesamten Innenfläche des Gehäuses hervor- und in den Spalt hineinragt, um Wirbel zu reduzieren und Luftverlust durch den Spalt zu minimieren, und wobei das Dichtelement entweder von einer Vielzahl von Fasern, einer Vielzahl von Borsten oder einer Vielzahl von Fäden gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Dichtelement an der Innenfläche des Gehäuses angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Dichtelement mit Klebstoff an der Innenfläche angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Dichtelement eine Vielzahl von elastischen Elementen umfasst, die auf einem Trägergewebe angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der ringförmige Reifen eine radial verlaufende Wand und eine axial verlaufende Wand aufweist, die mit der radial verlaufenden Wand verbunden ist, wobei das Dichtelement zwischen einer Außenfläche der axial verlaufenden Wand und der Innenfläche des Gehäuses bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Dichtelement ein flexibles Material umfasst, das auf der Innenfläche angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Material ein Schaumstoffmaterial ist.