DE69529379T2

DE69529379T2 - Lüfter

Info

Publication number: DE69529379T2
Application number: DE69529379T
Authority: DE
Inventors: Ahmad Alizadeh
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: BR9504242A; EP0704625A3; EP0704625A2; DE69529379D1; EP0704625B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flügelrad und insbesondere ein Flügelrad mit Axialströmung, zum Beispiel ein Flügelrad, das dafür ausgelegt ist, durch ein Wärmetauschersystem in einem Fahrzeug strömende Luft zu kühlen.

Allgemeiner Stand der Technik

Derartige Flügelräder mit Axialströmung sind allgemein mit einer Vielzahl von Flügeln versehen, von denen jeder an seinem Fuß an einer Nabe befestigt ist, die durch eine Drehwelle angetrieben wird, und von der sich der Flügel radial nach außen erstreckt. Die Flügel können um die Nabe herum auf symmetrische oder unsymmetrische Weise beabstandet sein. Flügelräder mit Axialströmung haben bekannterweise Flügel verschiedener Gestalt. So können die Flügel mit einer tangentialen Pfeilung entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung mit Variationen des Steigungswinkels versehen sein, um verschiedenen Anwendungen zu genügen. Es ist außerdem bekannt, die Flügelspitzen an einem äußeren, kreisförmigen Band zu befestigen, das die Flügel umschließt und im Großen und Ganzen zu der Drehachse des Flügelrads zentriert ist.
Bei der Nutzung für Fahrzeuganwendungen kann das Flügelrad so angeordnet werden, dass es entweder Luft durch ein Wärmetauschersystem bläst, wenn dab Wärmetauschersystem sich auf der Hochdruckseite (stromabwärts) des Flügelrads befindet, oder dass es Luft durch das Wärmetauschersystem saugt, wenn das Wärmetauschersystem sich auf der Niederdruckseite (stromaufwärts) eines Flügelrads befindet. Derartige Flügelräder können aus geformtem Kunststoffen oder aus Metallblech oder einer Kombination der beiden hergestellt sein.
Die Leistung des Flügelrads ist von besonderer Bedeutung, wenn es dazu verwendet wird, Luft in einem geschlossenen Motorbereich zu bewegen. Es besteht insbesondere Bedarf für Flügelräder mit hoher Leistung und hohem Wirkungsgrad und gleichzeitig reduzierter Lärmentwicklung. Ein weiteres Erfordernis besteht darin, dass das Flügelrad stabil genug sein sollte, um den bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und unter schädlichen Betriebsbedingungen an ihm anliegenden Beanspruchungen standzuhalten. Ein weiteres Bedürfnis besteht auch noch darin, ein kompaktes Flügelrad bereitzustellen, das zu einem Betrieb bei hohen Drehgeschwindigkeiten in der Lage ist.
Es wird auf die folgenden Dokumente verwiesen, die Flügelräder beschreiben, die insbesondere für Fahrzeugkühlungsanwendungen entworfen wurden.
Die US-A-4358245, US-A-4569631 und US-A-4569632 offenbaren Flügelräder der allgemeinen Art, mit denen die vorliegenden Erfindung befasst ist, und die Flügel aufweisen, die vorwärts oder rückwärts oder in einer Kombination aus Vorwärts- und Rückwärtsverdrehung verdreht sind, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den Lärm zu vermindern. Die GB-A-2178798 beschreibt ein Flügelrad mit Flügeln mit einem vergleichsweise mehr nach vorn gebogenen äußeren Teil, der Lärm reduziert.
Das Dokument EP-A-0583091 offenbart ein Flügelrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer um eine mittige Achse drehbaren Nabe und mit einer Vielzahl von Flügeln, die an der Nabe befestigt sind und sich radial nach außen zu einem Spitzenbereich erstrecken. Jeder Flügel ist mit bestimmten Eigenschaften entworfen, um Lärm zu vermindern, ohne die Leistung des Flügelrads zu beeinträchtigen.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Flügelrad bereitzustellen, das eine größere mechanische Festigkeit ohne Verlust an Wirkungsgrad und Strömungsleistungseigenschaften im Vergleich zu den in, diesen Dokumenten des Standes der Technik beschriebenen Flügelrädern aufweist.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Flügelrad bereitzustellen, das weniger laut als äquivalente Flügelräder des Standes der Technik ist.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen minimalen Flügelradbauraum bereitzustellen, während der Flügelradsystemwirkungsgrad beibehalten wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Flügelrad mit einer um eine Achse in der Mitte des Flügelrads drehbaren Nabe und einer Vielzahl von Flügeln vorgesehen, die jeweils einen an der Nabe befestigten Fußbereich aufweisen und sich radial nach außen zu einem Spitzenbereich erstrecken, wobei jeder Flügel eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, die jeweils einen Teil aufweisen, der tangential zu einem entsprechenden Radius liegt, der sich von der Mitte des Flügelrads aus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die auf eine zu der Achse orthogonale Ebene projizierte Breite jedes Flügels mit zunehmendem Flügelradius von dem Fuß des Flügels abnimmt.
Vorzugsweise ist ein Flügelrad mit einer um eine Achse in der Mitte des Flügelrads drehbaren Nabe und einer Vielzahl von Flügeln vorgesehen, die jeweils einen an der Nabe befestigten Fußbereich aufweisen und sich radial nach außen zu einem Spitzenbereich erstrecken und die jeweils eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweisen, wobei die Vorderkante und die Hinterkante jeweils einen Teil aufweisen, der tangential zu einem entsprechenden Radius liegt, der sich von der Mitte des Flügelrads aus erstreckt, wobei ein zwischen einer Sehne jedes Flügels und einer zu der Flügelradachse senkrechten Ebene gebildeter Sehnenwinkel von dem Fußbereich mit zunehmendem Flugelradius zunimmt, wobei die Sehne über einen durch einen jeweiligen Flügelradius definierten Bogen angesetzt wird.
In geeigneter Weise sind die Spitzenbereiche des Flügels an einem äußeren Band befestigt, das die Form einer Glockenmündung aufweist.
Die Sehnenlänge kann von dem Fußbereich des Flügels über etwa 50% der Flügelspannweite hinweg zunehmen und dann für den Rest der Spannweite des Flügels abnehmen.
Alternativ nimmt die Sehnenlänge bis zu etwa 50% der Spannweite des Flügels zu und nimmt dann bis zu etwa 70% der Spannweite ab, bevor sie im Wesentlichen konstant bleibt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt wird, wird nun auf die Beispiele der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht eines Flügelrads von vorne;
Fig. 2 ist eine Draufsicht des Flügelrads von Fig. 1 von vorne gesehen;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Nabe des Flügelrads längs der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Nabeneinsatzes für das Flügelrad der Fig. 1-3;
Fig. 5 ist ein Querschnitt des Flügelradeinsatzes von Fig. 4 längs der Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 veranschaulicht schematisch die Pfeilung, den Öffnungswinkel beziehungsweise die Steigung eines Flügelradflügels;
Fig. 7 ist ein Querschnitt durch das Flügelrad entlang der Linie VII-VII von Fig. 2;
Fig. 8 und 9 zeigen die Projektionen eines Flügels auf die zu der Flügelachse senkrechte Ebene;
Fig. 10 zeigt eine Teildraufsicht einer Flügelradmontageanordnung mit einer Flügelradhalterung;
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch ein Flügelrad, einen Elektromotor und eine Ringhalterung entlang der Linie XI-XI in Fig. 10;
Fig. 12 zeigt eine Modifikation der Anordnung von Fig. 10;
Fig. 13 zeigt eine Modifikation der Nabe von Fig. 3 mit einer verbesserten Form einer Kühlschaufel.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Flügelrad 2, das eine mittig angeordnete, zylindrische Nabe 4 mit mehreren Flügeln 6 (wie dargestellt sieben) aufweist, die sich von ihr radial nach außen zu einem äußeren Band 8 erstrecken, das eine im Großen und Ganzen zylindrische Form besitzt.
Die Nabe 4 trägt einen mittleren Nabeneinsatz 10, der eine Öffnung 12 zur Aufnahme einer Welle begrenzt, die das Flügelrad zur Drehung um seine Mittelachse trägt. Das äußere Band 8 umschließt die Flügel und ist im Großen und Ganzen zu der Drehachse des Flügels 2 zentriert. Jeder Flügel 6 erstreckt sich von einem an der Nabe 4 befestigten Fußbereich 14 zu einem äußeren (oder Spitzen-) Bereich 16, der an der Innenfläche des Bands 8 befestigt ist. Der Spitzenbereich 16 der Flügel 6 ist mit dem Band auf der ganzen Breite der Flügel und nicht nur an einem einzelnen Punkt oder auf einer engen Verbindungslinie verbunden. Dies erhöht die Festigkeit der Struktur.
Das äußere Band 8 des Flügelrads fügt dem Flügelrad strukturelle Festigkeit hinzu, indem es die Flügel an ihrer Spitze haltert und dient auch dazu, Luft auf der Arbeitsfläche der Flügel zu halten. Das Band 8 ist von gleichförmiger Dicke und weist einen ersten, sich axial erstreckenden, zylindrischen Teil 9 und einen axial äußeren Teil 9a auf, der radial nach außen gebogen ist, um eine Glockenmündung bereitzustellen, wie am besten in Fig. 7 zu sehen ist.
Der gebogene Teil 9a des Bandes 8 reduziert Verluste aufgrund von Wirbeln in einer Lücke zwischen dem Flügelrad und einem Luftleithaubenteil, das das Flügelrad umgibt. Das Band 8 sorgt mittels der Halterung der Spitze außerdem für einen gleichförmigen Strömungsdurchtritt eines durch das Flügelrad tretenden Luftstroms und vermindert unerwünschte Schwankungen des Öffnungswinkels u und des Steigungswinkels λ (siehe Fig. 6) des Flügels.
Die Flügel 6 weisen jeweils Vorderkanten B und Hinterkanten C auf und sind so geformt, dass sie an dem Band 8 mit der Vorderkante B tangential zu dem gebogenen Teil 9a des Bandes befestigt sind. Dies ist in Fig. 7 zu sehen.
Bei der Verwendung für Fahrzeuganwendungen zur Motorkühlung kann das Flügelrad vor oder hinter einem Motorkühlungs-Wärmetauschersystem positioniert werden, das beispielsweise einen Kühler, einen Kondensator und einen Ölkühler umfasst. Das Flügelrad kann so angeordnet werden, dass Luft entweder durch das Wärmetauschersystem geblasen wird, wenn der Wärmetauscher sich auf der Hochdruckseite (stromabwärtige Seite) des Flügelrads befindet, oder durch das Wärmetauschersystem gesaugt wird, wenn der Wärmetauscher sich auf der Niederdruckseite (stromaufwärtigen Seite) eines Flügelrads befindet. Das Flügelrad 2 wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Luftleithaube verwendet, die sich zwischen dem Kühler und der Außenkante des Flügelrads erstreckt. Die Luftleithaube dient dazu, einen Rückfluss von Luft um die Außenkante des Flügelrads herum von dem Hochdruckbereich auf der stromabwärtigen Seite des Flügelrads zu dem an den Kühler angrenzenden Niederdruckbereich auf der gegenüberliegende Seite des Flügelrads zu verhindern. Eine bekannte Luftleithaubenstruktur ist trichterartig, wie zum Beispiel in der US-A-4.358.245 gezeigt ist. Eine zweite Luftleithaubenanordnung ist in den Fig. 10-12 gezeigt und wird hier später beschrieben werden.
Es wird nun zuerst Bezug auf die Gestaltung der Nabe bezüglich Fig. 3 genommen. Die Nabe weist ein aus Kunststoff geformtes Körperelement 18 auf, das einen äußeren, zylindrischen Nabenring 20 und einen inneren, zylindrischen Nabenring 22 begrenzt. Die inneren und äußeren Nabenringe begrenzen zwischen sich einen ringförmigen Raum 21. Der innere zylindrische Nabenring 22 weist erste und zweite axial beabstandete, ringförmige Leisten 24 und 25 auf, die radial nach innen gerichtet sind. Die Leisten sind zur Halterung eines Nabeneinsatzes 10 vorgesehen, der im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
Bezug auf die Fig. 4 und 5 nehmend, kann der Nabeneinsatz 10 aus einem Kunststoff oder Metall hergestellt werden und ist ein Körper, der als vollwandiger Zylinder 26 mit einer Vielzahl von peripheren, in Umfangsrichtung beabstandeten Vorsprüngen 28 ausgebildet ist, die eine zinnenförmige Außenfläche bilden. Die zinnenförmigen Vorsprünge können sich alle in der gleichen zu der Einsatzachse senkrechten Ebene befinden, oder sie können sich in verschiedenen, zu dieser Achse senkrechten Ebenen befinden. Der Einsatz 10 begrenzt eine Öffnung 12 mit einem ersten zylindrischen Teil und einem anschließenden Teil in Form eines D's, das einen bogenförmigen Teil 30 und einen gegenüberliegenden flachen Teil 32 aufweist. Der flache Teil 32 ist für die Keilverbindung mit einer in die Öffnung 12 eingesetzten Welle da, wodurch eine Drehung der Welle relativ zu dem Nabeneinsatz 10 verhindert wird. Die zinnenförmige Außenfläche des Nabeneinsatzes 10 ermöglicht es, dass der Nabeneinsatz in einem einzigen Fertigungsschritt mit dem aus Kunststoff geformten Teil 18 der Nabe verbunden wird. Das heißt, es wird eine Form vorgesehen, die den aus Kunststoff geformten Teil 18 definiert und in der der Nabeneinsatz 10 platziert wird. Kunststoff wird in einem bekanntem Spritzformungsprozess in die Form gespritzt und tritt zwischen die Vorsprünge 28 des Nabeneinsatzes 10 und, den aus Kunststoff geformten Teil 18. Auf diese Weise wird für eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Nabeneinsatz 10 und dem aus Kunststoff geformten Teil 18 gesorgt. Der Nabeneinsatz 10 sorgt für einen festen Sitz und reduziert daher das Spiel zwischen einer in die Öffnung 12 eingesetzten Welle und dem Einsatz 10. Dies trägt dazu bei, die Flügelradauswuchtung beim Drehen zu erhalten, und reduziert das Abweichen des Flügelrads von der korrekten axialen Drehung.
Die Verwendung eines einzelnen flachen Teils 32 ist vorteilhaft, da der Nabeneinsatz 10 und damit das Flügelrad immer in der gleichen Orientierung bezüglich der Welle montiert werden. Daher können Auswuchtungsmaßnahmen vorgenommen werden, ohne dass es möglich ist, dass das Flügelrad nach der Entfernung in der entgegengesetzten Orientierung wieder aufgesetzt wird, wie das möglich sein könnte, falls zwei flache Teile sowohl auf der Welle als auch der Nabe vorgesehen wären.
Wo derartige Rücksichten jedoch nicht relevant sind, können zwei oder mehr flache Teile vorgesehen werden, wobei die gleiche Zahl auf der Welle vorhanden ist.
Bezug wiederum auf Fig. 3 nehmend, kann der ringförmige Raum 21 zwischen dem inneren und äußeren Nabenring die Vorderseite eines elektrischen Motors aufnehmen, der dafür vorgesehen ist, die Welle anzutreiben. Der Motor wird dann durch das Formteil vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Staub geschützt.
Die Außenfläche der Flügelradnabe 4 approximiert eine Schalenform, die gerundeter als die geraden zylindrischen Naben des Standes der Technik ist. Die Nabenaußenfläche weist insbesondere einen mittigen, gering vertieften Bereich 15 auf, der von einem im Wesentlichen geraden, abgewinkelten, ringförmigen Bereich 50 umgeben ist. Der ringförmige Bereich erstreckt sich zu einer im Wesentlichen ebenen ringförmigen Bereich 52, der sich über einen gerundeten Teil 54 weiter in eine äußere Zylinderfläche 55 der Nabe fortsetzt. Die Beseitigung eines spitzen Winkels am vorderen Teil der Nabe reduziert Wirbel, die sich an der Nabenfläche bilden. Die Bildung von Wirbeln, die als "Wirbelbildung" bekannt sind, bewirkt eine unerwünschte Strömungsturbulenz in dem Bereich der Nabe und gibt zu erhöhten Lärmpegeln Anlass.
Die minimale Ausdehnung der Nabe in axialer Richtung ist zumindest gleich der axialen Fügelausdehnung an dem Fuß des Flügels 6. Die axiale Ausdehnung der Nabe 4 beziehungsweise des äußeren Bandes 8 können um bis zu 50% der axialen Ausdehnung des Bandes 8 schwanken.
Die Innenfläche des Nabenformteils 18 ist mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Rippen versehen, die in Fig. 3 als mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet zu sehen sind. Die Rippen 19, von denen zwei für jeden Flügel vorgesehen sind, sind mit dem Kunststoffformteil 18 gebogen und dienen dazu, die in den Rückteil der Nabe zurückfließende Strömung auf effektive Weise zu führen, um einen Elektromotor zu kühlen, indem von ihm erzeugte Wärme abgeführt wird. Die Rippen 19 erstrecken sich radial nach innen zu dem inneren zylindrischen Ring 22 und sorgen so auch für strukturellen Halt für den Nabenkörper und den Nabeneinsatz.
Bezug nun wieder auf die Fig. 1 und 2 nehmend, wird nun das Flügelrad beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist jeder Flügel 6 rückwärts verdreht, so dass die Mittellinie des Flügels (welche die Linie ist, die durch Verbindung der Punkte erhalten wird, die in Umfangsrichtung gleich beabstandet von der Vorderkante B und der Hinterkante C des Flügels sind) in einer zu der Drehrichtung D des Flügelrads 2 entgegengesetzten Richtung (vom Fuß zur Spitze) gebogen ist. Die Vorderkante und die Hinterkante B, C sind in der gleichen Richtung gebogen. Die Verdrehung wird hier als tangentiale Pfeilung des Flügels bezeichnet und ist schematisch durch die Winkel λ1, λ2 und λ3 in Fig. 8 angezeigt. Außerdem ist jeder Flügel so an der Nabe befestigt, dass der Flügel unter einem Öffnungswinkel liegt, der in Fig. 6 schematisch, durch den Winkel u angezeigt ist, Der Öffnungswinkel u ist der Winkel zwischen einer Tangentialebene P-T an die Flügelfläche und einer Ebene P-Q senkrecht zur Drehachse. Der Flügel ist außerdem geneigt, so dass die Vorderkante und Hinterkante nicht in der gleichen Ebene sind. Der Steigungswinkel γ, der alternativ auch als. Sehnenwinkel bekannt ist, ist ebenso in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 7 zeigt im Querschnitt den Flügel 6 und die Verbindung am Fuß mit der Nabe 4 und an der Spitze mit dem Band 8. Fig. 7 zeigt auch eine Variation des Öffnungswinkels u, so dass der Öffnungswinkel relativ zum Radius des Flügelrads entlang der Spannweite des Flügels über die ersten 50% des innersten Radius abnimmt und dann für die restlichen 50% konstant bleibt. Als Alternative zum Konstantbleiben des Öffnungswinkels über die restlichen 50% der Flügelspanne könnte er auf dieser Strecke geringfügig zunehmen.
Es wird nun auf die Fig. 8 Bezug genommen, um die tangentiale Pfeilung des Flügels 6 zu beschreiben. In Fig. 8 ist der Ursprung des Flügelrads als O bezeichnet. Die Vorderkante B des Flügels umfasst einen Abschnitt BI, an dem die Tangente D an die Kurve durch den Ursprung tritt. Ähnlich besitzt die Mittellinie des Flügels 6, die als Kurve A gezeigt ist, einen Punkt AI, an den die Tangente x an die Linie durch den Ursprung tritt, und die Kurve C, die die Hinterkante definiert, besitzt einen ähnlichen Abschnitt CI, der tangential zur Radiallinie E verläuft.
Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Projektion der Sehnenlänge am Fuß 14 des Flügels und der an der Spitze 16. Ri ist der Radius der Nabe, der vom Flügelradursprung O gemessen wird und θR ist der Winkel, der von den Fußpunkten CR, BR der Hinterkante und Vorderkante aufgespannt wird. Die projizierte Fußsehnenlänge ST ist durch ST = RiθR gegeben, wobei θR in Radian gemessen ist.
Die Punkte CT und BT sind die Spitzenpunkte der Hinterkante und Vorderkante. Radien, die diese Punkte schneiden, spannen einen Winkel θt auf. Daher ist die projizierte Spitzensehnenlänge ST = Rfθt, wobei Rf der äußere Flügelradradius ist. In der dargestellten Ausführungsform ist θR größer als θt. Die Sehnenlänge nimmt vorteilhafterweise vom Fuß des Flügels über die ersten etwa 50% der Spannweite des Flügels zu. Die Sehnenlänge kann dann über die ganze verbleibende Spannweite abnehmen oder bis zu etwa 70% der Spannweite abnehmen und danach konstant bleiben.
Wiederum Bezug auf Fig. 1 nehmend, ist zu sehen, dass der Flügel so geneigt ist, dass die Vorderkante und die Hinterkante B und C nicht in der gleichen Ebene liegen. Der Winkel, den die Flügelsehne mit der horizontalen Ebene bildet, wird als der Sehnenwinkel bezeichnet. Der Sehnenwinkel kann über den ganzen Radius des Flügelrads abnehmen. Alternativ kann der Sehnenwinkel bis zu einem ausgewählten Flügelradradius abnehmen. Außerhalb dieses ausgewählten Flügelradradius kann der Winkel entsprechend der Flügelform konstant bleiben oder zunehmen. Bei einer bevorzugen Anordnung beträgt der ausgewählte Flügelradradius etwa 75% der Flügelspannweite.
Der bevorzugte Flügel sieht eine stromabwärts variable Strömungsgeschwindigkeit vor, die von der Nabe zum äußersten Bereich des Flügels kontinuierlich zunimmt, wobei die maximalen axialen Geschwindigkeiten auf den äußersten 25-35% des Flügels auftreten. Dies ermöglicht es, dass die Leistungseffizienz des Flügelrads optimiert wird, während der Lärmpegel reduziert wird.
Bezug auf die Fig. 10 und 11 nehmend, wird nun eine Montageanordnung für das Flügelrad der Erfindung beschrieben werden:
Bezug zuerst auf Fig. 10 nehmend, besteht die Montageanordnung allgemein aus einem äußeren ringförmigen Ring 101 zur Anbindung an den Körper des Fahrzeugs, in dem das Flügelrad zu montieren ist, beispielsweise zur Anbindung angrenzend an ein Vorderseitenelement, z. B. eine sogenannte "Plastik", eines derartigen Fahrzeugs, und einen inneren, im Großen und Ganzen ringförmigen Ring 102 zur Halterung eines Elektromotors (110 - siehe Fig. 11), der zum Antrieb des Flügelrads verwendet wird. Der innere Ring ist an dem äußeren Ring 101 durch drei Arme 103, 104, 105 befestigt, die, wie in Fig. 10 gezeigt, sich im Großen und Ganzen radial erstrecken. An dar Verbindungsstelle jedes Arms mit dem inneren Ring 102 ist ein jeweiliges Loch 106 vorgesehen. Jeder Arm ist über die äußere Peripherie des äußeren Rings 102 fortgesetzt, um eine jeweilige Bayonettbefestigung 107, 108, 109 vorzusehen. Die Bayonettbefestigungen gestatten es, dass das an der Montageanordnung angebrachte Flügelrad der Gegenöffnung des Fahrzeugkörpers in axialer Richtung zugeführt wird und dann in Umfangsrichtung in die Gegenbajonettgehäuse an dem Fahrzeugkörper gedreht wird.
Bezug nun auf Fig. 11 nehmend, ist das Flügelrad 4 an dem elektrischen Antriebsmotor 110 befestig gezeigt, der seinerseits durch eine Klammer 111 in dem inneren Ring 102 der Montageanordnung eingebaut ist.
Die Klammer 111 ist an der Montageanordnung über einen geeigneten Bolzen 112 befestigt, der durch eins hier später noch beschriebene, elastische Befestigung 130 tritt, die in dem Loch 106 enthalten ist. (Nicht gezeigte) Leitungen für den Motor sind an einem der Arme angebracht und werden von diesem getragen, so dass sie den Luftstrom nicht behindern. Der äußere Ring 101 erstreckt sich neben dem zylindrischen Teil 9 des Bands 8 der Flügel, um einen schmalen ringförmigen Durchgang dazwischen zu begrenzen, der sich von dem Band 8 in radialer Richtung erstreckt. Ein Vorderseitenteil 115 des Rings 108 ist unmittelbar hinter und benachbart zum gebogenen Teil 9a des Verbindungsbands 8 angeordnet. Der gebogene Teil 9a des Bands erstreckt sich radial über die innerste radiale Ausdehnung des Rings 101 hinaus.
Ein Element 113 besteht allgemein aus einem ringförmigen Ring, der an dem Fahrzeugkörper 114 befestigt ist oder damit eine Einheit bildet und vor dem Flügelrad angeordnet ist. Das Ringelement 113 weist eine Lippe auf, die sich vom Flügelrad radial und rückwärts zum gebogenen Teil 9a des Bandes 8 erstreckt. Das Element 113 und der gebogene Teil 9a begrenzen noch einen weiteren engen, ringförmigen Schlitz. Der Fahrzeugkörper 114 begrenzt einen kreisförmigen Durchgang, und dieser umgibt den Umfang des Glockenmündungsteils 9a, um einen weiteren ringförmigen Durchgang zu begrenzen. Die Baugruppe aus Ring 101, Körper 114 und Element 113 stellt zusammen mit dem Flügelverbundring 8 eine Reihe enger Durchgänge zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Flügelrads und um dessen Rand herum bereit. Diese Durchgänge bilden ein Labyrinth und wirken so zusammen, dass sie den Durchzug von Luft behindern. Dies verbessert den Wirkungsgrad und vermindert Lärm.
Weiter Bezug auf Fig. 11 nehmend, ist der Bolzen 112, der die Klammer 111 relativ zum inneren Ring 102 befestigt, mit dem Ring 102 mittels einer zweiteiligen, elastischen Halterung verbunden, die aus einer ersten Hülse 130 mit einem Schlitz in Umfangsrichtung besteht, der sich transversal zur Achse der Hülse 130 erstreckt, so dass die Hülse 130 auf tüllenartige Weise am Ring 102 gehalten wird. Die Hülse weist ein radial inneres, axiales Loch auf, das eine zweite Hülse 131 aufnimmt und beherbergt, die eine radial inneres, axiales Loch für den Bolzen 112 aufweist.
Wie oben unter Bezug auf Fig. 10 erwähnt, wird der innere Ring relativ zu dem äußeren Ring über drei Arme 103, 104 und 105 gehalten. Drei Arme werden verwendet, um eine akustische Koinzidenz zwischen der Anzahl der Flügel des Flügelrads zu verhindern sowie um den niedrigsten Luftströmungswiderstand bereitzustellen. Ein Fehlen akustischer Koinzidenz verhindert die Bildung von Resonanzen, die die Lärmerzeugung erhöhen, zu Vibrationen führen oder den Wirkungsgrad der Vorrichtung vermindern würden. Die Anordnung ist sowohl leicht als auch starr.
In Fig. 11 ist auch die Art und Weise der Verbindung des Flügelrads mit dem Motor 110 gezeigt. Wie gezeigt besitzt der Motor eine Welle 132, die axial vorsteht, um darauf das Flügelrad anzubringen. Die Welle weist eine abgeflachten axialen Teil zum Zusammenwirken mit dem flachen Teil 32 des Nabeneinsatzes auf und besitzt auch einen kreisförmigen, vorstehenden Teil, der von dem kreisförmigen Öffnungsteil des Nabeneinsatzes 10 umfasst wird. Ein axial distaler Teil der Welle ist mit einem Gewinde versehen, um eine Mutter 133 aufzunehmen.
Um das Flügelrad an der Motorwelle 132 anzubringen, werden der Motor und das Flügelrad einander zugewandt und das Flügelrad gedreht, bis der flache Abschnitt 32 mit dem flachen Teil der Motorwelle 132 übereinstimmt. Die Welle kann dann in das Flügelrad geschoben werden, wodurch das mit einem Gewinde versehene, distale Ende aus dem Nabeneinsatz 10 heraus vorsteht. Der zylindrischen Teil der Welle ist in dem kreisförmigen Öffnungsteil des Nabeneinsatzes 10 untergebracht, der zur Zentrierung des Flügelrads dient. Der flache Abschnitt der Welle wirkt mit dem flachen Abschnitt auf dem Einsatz 10 zusammen, um die beiden drehbar zu koppeln. Die Mutter 133 wird dann an dem Ende der Welle aufgebracht und festgezogen. Aus Gründen der Kompaktheit ist die axiale Ausdehnung der Mutter größer als die axiale Ausdehnung des mittigen, gering vertieften Bereichs 15 der Nabenaußenfläche. Wenn die Mutter 133 ganz angezogen ist, befindet sie sich mit der axial äußeren Fläche des Nabeneinsatzes 10 im Eingriff, anstatt mit der Nabe selber im Eingriff zu sein.
Wenn das Flügelrad im Uhrzeigersinn zu drehen ist, sind das Gewinde auf der Welle und das in der Mutter jeweils Linksgewinde; wenn das Flügelrad im Gegenuhrzeigersinn zu drehen ist, werden Rechtsgewinde verwendet.
Es wird nun Bezug auf Fig. 12 genommen, in der eine Modifikation des Montageanordnung der Fig. 10 gezeigt ist. Ähnlich zu der Anordnung in Fig. 10 weist die Montageanordnung einen äußeren Ring 101 und einen inneren Ring 102 auf. In diesem Fall sind der innere und der äußere Ring jedoch durch Arme 141, 142 und 143 verbunden. Um akustische Koinzidenz weiter zu reduzieren, bildet der Arm 141 einen spitzen Winkel mit einem Radius des äußeren Rings 101, bildet der Arm 142 einen weniger spitzen Winkel mit einem Radius des äußeren Rings 101 und ist der Arm 143 parallel zu einem derartigen Radius. Diese Anordnung dient nur zur Veranschaulichung und entsprechend den akustischen Erfordernissen an die Anordnung können die Arme radial sein oder in der Drehebene des Flügelrads relativ zu der Drehrichtung des Flügelrads entweder nach Vorne oder nach hinten abweichen.
Bezug nun auf Fig. 13 nehmend, trägt eine Nabe 400, die der Nabe 4 ähnlich ist, die zuvor unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde, einen mittigen Nabeneinsatz 10, der eine Öffnung 12 begrenzt. Das Nabenelement 400 besteht aus einem aus Kunststoff geformten Körperelement 180, das einen im Wesentlichen ebenen Vorderwandteil 181 von im Großen und Ganzen ringförmiger Form aufweist. Der Vorderwandteil 181 erstreckt sich über einen gerundeten Teil 182 in einen peripheren Seitenwandteil 183, der kreisförmig zylindrisch ist. Der Nabenkörperteil 180 hat so im Großen und Ganzen Schalenform. Der periphere Seitenwandteil 183 trägt den Fußteil der vielen Flügel des Flügelrads.
Die Innenfläche des Nabenelements 180 ist mit mehreren radial verlaufenden Rippen versehen, die zu den in Fig. 3 gezeigten Rippen 19 ähnlich sind. Diese Rippen sind in Fig. 13 nicht gezeigt, sind aber mit einer Häufigkeit von einer Rippe je Flügel vorgesehen, wobei zum Beispiel jeweils eine der Vorderkante eines Flügels entspricht. Die Innenfläche des Nabenelements 180 ist auch mit mehreren inneren, radial verlaufenden Schaufelelementen 190 versehen. Die Schaufelelemente 190, von denen jeweils eines je Flügel vorgesehen ist, sind von erheblich größerer Fläche als die Rippen 19, die hier unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurden. Die Schaufelelemente 190 weisen einen ersten Teil 191 auf, der sich axial von dem hintersten Ende des peripheren Seitenwandteils am peripheren Seitenwandteil entlang zu einem zweiten Teil 192 erstreckt, der sich entlang der Innenseite des Vorderwandteils 181 radial nach außen erstreckt.
Ein erster Teil 191 weist einen geraden, radial inneren Rand 193 auf, der einen Winkel E mit der Ebene F-F' bildet, die senkrecht zu der Flügelradachse liegt. Der zweite Teil weist auch eine gerade, radial innere Kante. 194 auf, die einen Winkel G mit einer anderen Ebene H- H' bildet, die parallel zu der Ebene F-F' ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Vergrößerung der Oberfläche des Schaufelelements 190 wegen der Turbinenwirkung eine Erhöhung des Luftstroms in der Nabe bewirkt. Bei der beschriebenen Ausführungsform, beträgt der Winkel E 60 Grad und der Winkel G beträgt 8 Grad.
Wie hier zuvor beschrieben wurde, kann ein zum Antrieb des Flügelrads verwendeter Elektromotor teilweise in den Aufnahmen der Nabe untergebracht werden. Größere Schaufelelemente erhöhen den Luftstrom durch den Motor, wodurch die Kühlung des Motors verbessert wird. Die besondere Form der Schaufelelemente wird jedoch durch die Form des Motors bestimmt, da die Nabe den Motor freilassen muss, um die Drehung zuzulassen.
Dementsprechend müssen die Schaufelelemente eine oder mehrere gerade Kanten aufweisen, wie in Fig. 13 gezeigt ist, oder können teilweise oder ganz gebogen sein, entweder konkav oder konvex, entsprechend den Motorvorgaben, der erwünschten Kühlung und den durch die Formungstechnik auferlegten Beschränkungen. Die Schaufelelemente können ebenso zum Flügelradradius ausgerichtet sein oder relativ dazu verdreht sein. Falls sie verdreht sind, können die Schaufelelemente gebogen oder gerade sein.
Zweitens kann die Zahl der Schaufelelemente erhöht sein, um den Luftstrom weiter zu erhöhen. Es kann jedoch ein Problem auftreten, falls eine große Zahl großflächiger Schaufelelemente vorgesehen wird, da das Gesamtgewicht des Flügelrads dadurch erhöht wird. Dies trägt zur Trägheit des Flügelrads bei und erfordert daher einen größeren Motor zum Antrieb des Flügelrads.
Es versteht sich, dass die absolute Zahl von Schaufelelementen 190 und Rippen 19 je Flügelrad variiert werden kann, indem zum Beispiel mehr als ein, Schaufelelement je Flügelradflügel oder nur ein Schaufelelement für jeden zweiten Flügel vorgesehen wird.

Claims

1. Flügelrad (2) mit einer um eine Achse in der Mitte des Flügelrads (2) drehbaren Nabe (4) und einer, Vielzahl von Flügeln (6), die jeweils einen an der Nabe (4) befestigten Fußbereich (14) aufweisen und sich radial nach außen zu einem Spitzenbereich (16) erstrecken, wobei jeder Flügel (6) eine Vorderkante (B) und eine Hinterkante (C) aufweist, die jeweils einen Teil aufweisen, der tangential zu einem entsprechenden Radius liegt, der sich von der Mitte des Flügelrads (2) aus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die auf eine zu der Achse orthogonale Ebene projizierte Breite jedes Flügels (6) mit zunehmendem Flügelradius von dem Fuß des Flügels (6) abnimmt.

2. Flügelrad (2) nach Anspruch 1, wobei die auf eine zu der Achse orthogonale Ebene projizierte Breite jedes Flügels (6) kontinuierlich über die gesamte Spannweite des Flügels (6) von dem Fuß zu der Spitze des Flügels (6) abnimmt.

3. Flügelrad (2) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vorderkante (B) und die Hinterkante (C) jedes Flügels (6) am Spitzenbereich (16) in Umfangsrichtung relativ zu der Drehrichtung hinter der Vorderkante (B) beziehungsweise der Hinterkante (C) jedes Flügels (6) am Fußbereich (14) liegen, wodurch das Flügelrad (2) rückwärts verdreht ist.

4. Flügelrad (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein zwischen einer Sehne jedes Flügels (6) und einer zu der Flügelradachse senkrechten. Ebene gebildeter Sehnenwinkel von dem Fußbereich (14) bis zumindest einem ausgewählten Flügelradius abnimmt, wobei die Sehne über einen durch einen jeweiligen Flügelradius definierten Bogen angesetzt wird.

5. Flügelrad nach Anspruch 4, wobei der ausgewählte Flügelradius etwa 75% der Flügelspannweite beträgt.

6. Flügelrad nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei der Sehnenwinkel außerhalb des ausgewählten Flügelradius konstant bleibt.

7. Flügelrad nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Sehnenwinkel außerhalb des ausgewählten Flügelradius abnimmt.

8. Flügelrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spitzenbereiche (16) des Flügels (6) an einem äußeren Band (8) befestigt sind, das die Form einer Glockenmündung aufweist.

9. Flügelrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Öffnungswinkel von dem Fuß (14) zur Spitze (16) gehend auf einem ersten Teil der Spannweite des Flügels (6) abnimmt, wobei der erste Teil etwa 50% der gesamten Flügelspannweite ausmacht, und dann für den Rest der Spannweite des Flügels (6) konstant bleibt oder zunimmt.

10. Flügelrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flügelsehnenlänge von dem Fußbereich (14) des Flügels (6) über etwa 50% der Flügelspannweite hinweg zunimmt und dann für den Rest der Spannweite des Flügels (6) abnimmt.

11. Flügelrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die Flügelsehnenlänge vom Fußbereich (14) des Flügels (6) über etwa 50% der Spannweite des Flügels hinweg zunimmt und dann bis zu etwa 70% der Spannweite des Flügels (6) abnimmt und danach im Wesentlichen konstant bleibt.

12. Flügelrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Nabeneinsatz (10), der eine Öffnung (12) für eine axiale Drehwelle begrenzt, und wobei das Flügelrad (2) in einem Stück aus Kunststoff um den Nabeneinsatz (10) geformt wird.