EP1741934B1

EP1741934B1 - Laufrad

Info

Publication number: EP1741934B1
Application number: EP06013821.1A
Authority: EP
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Kilian; Peter Lucyga; Nikolaus Zipf
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: EP1741934A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad, insbesondere ein Kunststofflaufrad für ein Trommelläufer-Radialgebläse für die Heizung und Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Trommelläufer-Radialgebläse, die für die Förderung der Luft bei Kraftfahrzeug-Heizungen oder Kraftfahrzeug-Klimaanlagen verwendet werden, sollen auf einem möglichst niedrigen Drehzahlniveau betrieben werden.
Derartige Radialgebläse haben eine vorwärtsgekrümmte Beschaufelung und erreichen vergleichbare Betriebspunkte bei deutlich niedrigeren Drehzahlen, als z. B. Gebläse mit rückwärtsgekrümmter Beschaufelung. In der vorwärtsgekrümmten Beschaufelung wird die Strömung beschleunigt und stark umgelenkt. Diese kinetische Energie wird in ideal gestalteten, parallelwandigen Spiralgehäusen verzögert und in statischen Druck umgewandelt. Am Schaufelkanaleintritt kommt es zu Strömungsablösungen, am Schaufelkanalende liegt die Strömung wieder an. Dabei ist die Beschaufelung nicht oder nur leicht profiliert. Die Schaufeln sind üblicherweise massiv gespritzt (vgl. linker Teil von Fig. 3, in dem der Strömungsverlauf in einem Schaufelkanal bei einem herkömmlichen, nahezu unprofilierten Laufrad dargestellt ist, wobei auf der Saugseite der Schaufeln eine Wirbelbildung zu erkennen ist).
Die US 3,394,876 offenbart einen um eine Drehachse drehbaren Rotor für ein Trommelläufergebläse mit einer Mehrzahl voneinander beabstandeter Schaufeln mit inneren und äußeren Kanten und im Wesentlichen konstanter Schaufeldicke. Dabei ist jede Schaufel in Ebenen senkrecht zur Drehachse gekrümmt, wodurch ein Fluid nach außen gefördert werden kann. Dabei weist jede Schaufel einen gekrümmten inneren Anströmbereich mit einem ersten kleinen Krümmungsradius, einen gekrümmten äußeren Abströmbereich mit einem zweiten größeren Krümmungsradius und einem dazwischen angeordneten Bereich mit einem Krümmungsradius, welcher größer als der erste Krümmungsradius, aber nicht größer als der zweite Krümmungsradius ist. Dabei ist der Austrittsbereich derart angeordnet, dass eine Ebene, die tangential an den Austrittsbereich anliegt, einen Winkel von weniger als 15° zu einer anderen Ebene aufweist, die tangential an den Kreis mit der Drehachse als Mittelpunkt anliegt. Zwischen den einzelnen Schaufeln können im Eintrittsbereich kürzer ausgebildete Hilfsschaufeln vorgesehen sein.
Wird eine derartige Beschaufelung falsch angeströmt, d.h. schräg zum Eintrittswinkel der Hilfsschaufeln kann es durch Ablösungen an den Hilfsschaufeln zu einer erheblichen Versperrung des Eintrittsquerschnittes kommen.
Aus der EP 1384894 A2 ist beispielsweise eine Schaufelausführung bekannt, bei der versucht wird eine ablösefreie Schaufelkanaldurchströmung durch eine zweite Schaufelreihe, die einen Spalt zwischen Schaufeldruck- und Saugseite bildet zu erreichen. Dabei kommt es zu einem veriustbahafteten Energieaustausch zwischen Schaufeldruck- und Saugseite, sowie zu Spaltverlusten.
Des weiteren zeigt die FR 1284741 ein Laufrad mit profilierten Laufradschaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Laufrad zur Verfügung zu stellen, bei dem möglichst keine Ablösungen im Schaufelkanal auftreten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Laufrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Laufrad vorgesehen, insbesondere ein Kunststofflaufrad für ein Trommelläufer-Radialgebläse für die Heizung und Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs, das eine Mehrzahl von Schaufeln aufweist, wobei der Strömungskanal zwischen zwei Schaufeln in Strömungsrichtung von innen 7 nach aussen 8 einströmseitig und ausströmseitig konvergent und die Laufradschaufeln stark profiliert ausgebildet ist. Teilbereiche des Strömungskanales können auch divergent sein. Die im Wesentlichen konvergente Ausgestaltung des Schaufelkanales in Verbindung mit der starken Profilierung der Laufradschaufeln ermöglicht im Schaufelkanal, insbesondere im Eintrittsbereich, eine im Wesentlichen ablösungsfreie Durchströmung. Dabei wird durch die starke Wölbung und ausreichende Dicke des Schaufelprofils die Strömung beschleunigt und ablösungsfrei in Drehrichtung des Laufrads umgelenkt. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Schaufelkanal in seiner Gesamtheit konvergent ausgebildet.
Das Kanallängenverhältnis bei einer ein- und ausströmseitig konvergenten Ausgestaltung des Strömungskanals beträgt bevorzugt zwischen 0,5 und 0,95 insbesondere zwischen 0,6 und 0,9 besonders bevorzugt zwischen 0,7 und 0,85.
Das Laufrad weist bevorzugt eine Nabenscheibe auf, deren maximale massive Wandstärke maximal 3 mm beträgt.
Die Schaufeln des Laufrads sind bevorzugt stark profiliert ausgebildet. Als stark profiliert werden insbesondere Schaufeln angesehen, bei denen das Verhältnis von Profildicke zu Profilgesamtlänge (Profildickenverhältnis) größer gleich 0,15, insbesondere größer gleich 0,2 und insbesondere bevorzugt größer gleich 0,25 ist. Das Profildickenverhältnis beträgt maximal vorzugsweise 0,5, insbesondere 0,4 und besonders bevorzugt 0,35. Der druckseitige Eintrittswinkel beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 35° und 80°, und der saugseitige Eintrittswinkel zwischen 25° und 80°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60°, der druckseitige Austrittswinkel zwischen 130° und 180°, besonders bevorzugt zwischen 150° und 170°, und der saugseitige Austrittswinkel zwischen 120° und 170°, besonders bevorzugt zwischen 140° und 160°, insbesondere bevorzugt jeweils im mittleren Bereich, d.h. insbesondere +/- 10° um den Mittelwert der jeweiligen zuvor angegebenen Bereiche, um einen optimalen Strömungsverlauf ohne Ablösungen sowie einen optimalen Wirkungsgrad und einen geräuscharmen Betrieb zu erreichen.
Das Kanalverhältnis, d.h. das Verhältnis der Strömungskanalbreite am Eintritt und am Austritt, beträgt bevorzugt 0,4 bis 0,8, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 0,75 und besonders bevorzugt 0,55 bis 0,7.
Die Strömungskanalbreite A1 am Eintritt, d.h. der Durchmesser eines Kreises im Kanal am Eintritt, beträgt, insbesondere bei einem Laufrad mit den vorgenannten bevorzugten Geometrien, bevorzugt ca. 6 mm.
Die Strömungskanalbreite A2 am Austritt, d.h. der Durchmesser eines Kreises im Kanal am Austritt, beträgt, insbesondere bei einem Laufrad mit den vorgenannten bevorzugten Geometrien, bevorzugt ca. 3,5 mm.
Vorzugsweise werden die Schaufeln durch eine tragende, vorzugsweise massive, Struktur gebildet, auf die zumindest bereichsweise eine Weichkomponente aufgespritzt oder in die zumindest bereichsweise eine Weichkomponente eingespritzt ist. Hierbei handelt es sich bevorzugt bei der tragenden Struktur um einen ersten Kunststoff, der eine ausreichende Festigkeit aufweist, und bei der Weichkomponente um einen zweiten Kunststoff, der weicher ist. Beim zweiten Kunststoff handelt es sich bevorzugt um einen aufgeschäumten Kunststoff. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein im Wesentlichen verzugs- und schwundfreies Herstellen des Laufrads.
Die maximale Wandstärke der tragenden Struktur im Bereich der Schaufeln beträgt vorzugsweise 3 mm. Bei einer derartigen Beschränkung der Wandstärke können sicher Verzug und Schwund vermieden werden, wenn zusätzlich das Verhältnis aus Dicke der Nabenscheibe zur Dicke der Wandstärke der tragenden Struktur in etwas gleich 1 ist. Durch eine entsprechende Materialwahl des die Struktur bildenden Materials kann jedoch eine ausreichende Festigkeit des Laufrads sichergestellt werden. Zudem kann durch eine entsprechende Materialwahl der Weichkomponente das Gewicht des Laufrads verringert werden, so dass das Gebläse insgesamt leichter ist. Femer wirkt die Weichkomponente akustisch absorbierend, so dass das Gebläse etwas leiser als entsprechende Gebläse ohne Weichkomponente ist.
Die Weichkomponente bildet vorzugsweise zumindest bereichsweise das Profil der Schaufel, insbesondere im stark profilierten Teil. Besonders bevorzugt ist sowohl auf der Saug- als auch Druckseite eine Weichkomponentenschicht vorgesehen, die Enden der Schaufeln sind bevorzugt weichkomponentenfrei, wodurch die Weichkomponente zusätzlich vor Beschädigungen bei der Montage geschützt wird.
Erfindungsgemäß sind die Schaufeln zumindest bereichsweise als Hohlprofil ausgebildet. Dabei können zur Erhöhung der Steifigkeit Stege in den Hohlprofilen ausgebildet sein. Diese sind bevorzugt einseitig geschlossen. Erfindungsgemäß werden die Schaufeln zargenseitig konisch verjüngt.
Die Schaufeln sind bevorzugt auf der Laufrad-Nabenseite motorseitig zylindrisch und zargenseitig konisch ausgebildet, wobei sie sich in Zargenrichtung verjüngen. Dies stellt sicher, dass trotz der starken Profilierung in Verbindung mit der Überdeckung durch die Zarge ein ausreichender Ansaugquerschnitt zur Verfügung steht und es nicht zu einer Versperrung des Ansaugquerschnitts kommt.
Die Herstellung eines derartigen Laufrads erfolgt bevorzugt mittels Kunststoff-Spritzgießen, wobei vorzugsweise zuerst eine tragende Struktur aus einem ersten Kunststoff spritzgegossen und anschließend oder nahezu gleichzeitig zumindest ein Teil der profiliert ausgebildeten Schaufeln des Laufrads und/oder eines Hohlprofils durch einen zweiten, weicheren Kunststoff spritzgegossen wird, der auf die tragende Struktur auf- oder in ein durch die tragende Struktur gebildetes Hohlprofil eingespritzt wird.
Als Materialien für die tragende Struktur kommen insbesondere PA oder PP, aber auch Metalle in Frage. Die die tragende Struktur zumindest bereichsweise umgebende Weichkomponente wird bevorzugt durch einen geschäumten Kunststoff, wie insbesondere S-EPS, in Frage. Ebenfalls sehr gut geeignet ist PP-EPDM. Allgemein können PUR-Schaum, Melamin-Schaum, PE-Schaum (Verwendung von Treibmittel bei der Applikation), Silikon-Schaum oder mit Einschränkungen auch geschäumte Elastomere verwendet werden.
Die genannten Materialien für die tragende Struktur können entsprechend auch für Laufräder ohne Weichkomponente verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Laufrads gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2: eine Draufsicht auf mehrere nebeneinander angeordnete Schaufeln des Laufrads von Fig. 1 ohne Stützring,
Fig. 3: eine Darstellung der Strömungsgeschwindigkeiten in einem herkömmlichen Laufrad (links) und im Laufrad von Fig. 1 (rechts),
Fig. 4: einen schematisch dargestellten Schnitt in Längsrichtung durch eine Schaufel zur Verdeutlichung der Schaufelverjüngung,
Fig. 5: einen ausschnittsweisen Schnitt quer durch ein Laufrad mit verjüngten Schaufeln,
Fig. 6: einen Fig. 5 entsprechenden Schnitt zur Verdeutlichung der Verringerung der Schaufelquerschnittsfläche,
Fig. 7a-7d: schematische Darstellungen möglicher Verläufe von Schaufelverjüngungen,
Fig. 8: eine schematische Darstellung einer symmetrischen Verjüngung relativ zur Basisprofilskelettlinie der Schaufel,

Fig. 9: eine schematische Darstellung einer asymmetrischen Verjüngung relativ zur Basisprofilskelettlinie der Schaufel, und
Fig. 10: eine schematische Darstellung einer symmetrisch-asymmetrischen Verjüngung relativ zur Basisprofilskelettlinie der Schaufel.

Ein Trommelläufer-Radialgebläse, das für die Förderung von Luft in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage verwendet wird, weist in der Regel ein Laufrad 1 mit einem Ring von Schaufeln 2 auf, wobei zwischen je zwei Schaufeln 2 ein Schaufelkanal 3 ausgebildet ist. Das Laufrad 1 ist auf bekannte Weise an einer Gebläsemotorwelle (nicht dargestellt) angebracht. Saugseitig wird das Laufrad 1 teilweise durch die Zarge, die Teil des Spiralgehäuses ist, überdeckt.
Die Schaufeln 2 sind stark profiliert ausgebildet, wobei der Strömungskanal 3 im Eintrittsbereich 4 und im Austrittsbereich 5 konvergent ausgebildet ist (vgl. Fig. 2). Die Druckseite DS der Schaufeln 2 ist im Eintrittsbereich 4, gegebenenfalls bis zum Austrittsbereich 5, konkav ausgebildet, und die Saugseite SS der Schaufeln 2 ist im Eintrittsbereich 4 und im Austrittsbereich 5 konvex ausgebildet, wobei die Schaufeldicke d ihr Maximum in der Regel zwischen der Schaufelmitte und dem Eintrittsbereich 4 hat.
Gemäß der vorliegenden, in der Zeichnung dargestellten Variante weisen die Schaufeln einen massiven Querschnitt auf und sind aus einem einzigen Material, beispielsweise einem Leichtmetall oder einem Kunststoff, der auch geschäumt sein kann, hergestellt. Durch die in Fig.2 zur Darstellung der Schaufeln verwendete Doppellinie soll eine Ausformschräge angedeutet werden. Auf die Darstellung des Stützringes 9 wurde in Fig.2 verzichtet.
Um Probleme bei der Herstellung stark profilierter Schaufeln zu vermeiden, bestehen die Schaufeln 2 gemäß einer nicht in den Figuren dargestellten Variante aus einer Struktur, die als eine Art Hohlprofil ausgebildet ist. Hierbei beträgt die Dicke der Struktur maximal 3 mm, so dass bei der Herstellung der Struktur keine Probleme in Hinblick auf Verzug oder Schwund auftreten, wenn zusätzlich die Nabenscheibendicke 6 maximal 3 mm beträgt. Zudem reicht diese Dicke in aller Regel für eine ausreichende Steifigkeit der Schaufeln 2 aus. Die tragende Struktur besteht aus PA oder PP.
Gemäß einer weiteren nicht in den Figuren dargestellten Variante bestehen, um die genannten Probleme bei der Herstellung stark profilierter Schaufeln zu vermeiden, die Schaufeln 2 aus einer Struktur, die massiv aus einem Kunststoff ausgebildet ist, und eine ausreichende Festigkeit für die zu erwartenden Belastungen aufweist, sowie einer an der Struktur angespritzten Schicht aus einer Weichkomponente, welche das Profil im stark profilierten Bereich der Schaufel bildet. Hierbei beträgt die Dicke der Struktur maximal 3 mm, so dass bei der Herstellung der Struktur keine Probleme in Hinblick auf Verzug oder Schwund auftreten, wenn zusätzlich die Nabenscheibendicke 6 maximal 3 mm beträgt. Zudem reicht diese Dicke in aller Regel für eine ausreichende Steifigkeit der Schaufel aus. Die angespritzte Schicht dient lediglich der Profilierung und hat - abgesehen von dem Erfordernis, sich nicht durch die zu fördernde Luft zusammendrücken zu lassen - keine tragende Funktion. Dabei kann die angespritzte Schicht auf ihrer Außenseite auch eine Haut oder eine Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung, insbesondere zur Vermeidung von Verschmutzung, gegebenenfalls auch die gesamten Schaufeln oder das gesamte Laufrad überdecken kann, um die Herstellung zu vereinfachen. Die tragende Struktur ist hierbei im von der Weichkomponente überdeckten Bereich des Schaufel etwas verjüngt ausgebildet, wobei die Verjüngung allmählich erfolgt. Die Außenkontur ist durch den Übergang von tragender Struktur zu Weichkomponente nicht beeinträchtigt.
Die tragende Struktur besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus PA, die Weichkomponente aus PP-EPDM.
Gemäß einer weiteren Variante der Schaufel kann auch ein Steg oder andere versteifende Elemente, wie Rippen, im Hohlprofil vorgesehen sein. Zusätzlich können Weichkomponenten ein- oder angespritzt sein. Auch in diesem Fall beträgt die Dicke der Struktur maximal 3 mm, so dass bei der Herstellung kein Verzug oder Schwund auftritt.
Über die Lage der tragenden Struktur innerhalb des Profils kann die Dicke der Weichkomponente auf der Schaufelsaug- und -druckseite so eingestellt werden, dass es im Gebläsebetrieb nur zu einer minimalen, nicht die Durchströmung beeinflussenden Verformung der Weichkomponente, insbesondere auf der Schaufeldruckseite, kommt.
Ferner erfolgt bei einer derartig profilierten Schaufelausgestaltung, wie in Fig. 3, rechter Teil deutlich zu erkennen ist, keine Wirbelbildung an der Saugseite der Schaufel 2, so dass die Strömung gut anliegt. Dies führt in der CFD-Rechnung zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades eta. (vgl. Darstellung in Fig. 3, wobei jeweils der Strömungsverlauf und der entsprechende Wirkungsgrad im optimalen Betriebspunkt des entsprechenden Gebläses dargestellt ist).
Folgende Geometrien sind bei einem konvergenten Schaufelkanal insbesondere bei stark profilierten Schaufeln besonders geeignet:

Das Profildickenverhältnis d/Lges liegt bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5, insbesondere zwischen 0,2 und 0,4, insbesondere bevorzugt zwischen 0,25 bis 0,35, wobei d die Profildicke und Lges die Proflgesamtlänge (gerade gemessen) bezeichnen:
Das Kanallängenverhältnis Lkv liegt bevorzugt zwischen 0,5 und 0,95, insbesondere zwischen 0,6 bis 0,9, insbesondere bevorzugt zwischen 0,70 bis 0,85. Dabei bezeichnet Lges die Länge des gesamten, Lgekr die Länge des gekrümmten Schaufelkanals. Das Kanallängenverhältnis Lkv ergibt sich aus: $L k v = Lgekr / Lges .$

Das Kanalsehenenverhältnis Ksv liegt bevorzugt zwischen 0,7 und 0,95, insbesondere zwischen 0,75 und 0,95 und besondere bevorzugt zwischen 0,80 und 0,95. Dabei ergibt sich das Kanalsehnenverhältnis Ksv aus: $K s v = K s / Lgekr .$
Hierbei bezeichnet Ks die Länge der Kanalsehne.
Das Kanalwölbungsverhältnis Kwv beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5, insbesondere zwischen 0,15 und 0,4 und besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3. Das Kanalwölbungsverhältnis ergibt sich aus: $K w v = K w / K s .$
Dabei bezeichnet Kw die Kanalwölbung.
Das Kanalwölbungsrücklagenverhältnis Kwrv beträgt bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5, insbesondere zwischen 0,35 und 0,45 und besonders bevorzugt zwischen 0,4 und 0,45. Das Kanalwölbungsrücklagenverhältnis ergibt sich aus: $Kwrv = K w r / K s .$
Kwr bezeichnet die Kanalwölbungsrücklage.
Hierbei liegt beim Laufrad 1 der druckseitige Eintrittswinkel beta1DS zwischen 30° und 90°, vorzugsweise zwischen 35° und 80°, und der saugseitige Eintrittswinkel beta1SS zwischen 25° und 80°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°. Der druckseitige Austrittswinkel beta2DS zwischen 130° und 180°, vorzugsweise zwischen 150° und 170°, und der saugseitige Austrittswinkel beta2SS zwischen 120° und 170°, vorzugsweise zwischen 120° und 160°.
In Folge einer stark profilierten Ausgestaltung der Schaufeln 2 in Verbindung mit der Eintrittsöffnung (nur ca. 1/3 der Beschaufelung sind im Allgemeinen nicht von der Zarge überdeckt) kann es bei hohen Massenströmen zu Versperrungen im Eintrittsbereich kommen. Diese können zu einer Verminderung des Wirkungsgrades und/oder akustischen Nachteilen führen. Aus diesem Grund sind die Schaufeln 2 gemäß einer weiteren Variante über ihre Länge oder zumindest einen oder mehrere Teile hiervon parallel zur Drehachse mit einem unterschiedlichen Querschnitt ausgebildet. Dabei ist der Querschnitt eintrittsseitig, laufrad-nabenseitig zylindrisch mit einer Ausformschräge und zargenseitig konisch in Längsrichtung zur Zarge hin verjüngend ausgebildet.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine Variante mit sich in Richtung der Zuströmseite verjüngenden Schaufeln 2. Hierbei haben die Schaufeln über einen großen Teil der Schaufellänge in Richtung der Drehachse gesehen einen konstanten Querschnitt. Erst im letzten Viertel verringert sich der Querschnitt der Schaufeln und zwar sowohl in Längsprofilrichtung, wobei sich der Innendurchmesser dinenn bis zu einem verjüngten Innendurchmesser diverj vergrößert, der Außendurchmesser da jedoch konstant bleibt, als auch in Dickenrichtung. Zur besseren Verdeutlichung der Profilveränderung ist in Fig. 5 die Skelettlinie des Basisprofils durch eine Stem-Strich-Linie gekennzeichnet. Der Verlauf der Verjüngung über die gesamte Schaufellänge ist in Fig. 4 dargestellt. Die Gesamtschaufellänge ist hierbei mit Slgesamt bezeichnet, der Teil der Schaufellänge, in welchem der Innendurchmesser vergrößert ist, ist mit Slverj bezeichnet. Der Innendurchmesser diverj nimmt hierbei, wie aus Fig. 4 ersichtlich, im letzten Viertel der Schaufellänge zu. Die Darstellung von Fig. 4 in Bezug auf die Profillänge ist nicht maßstäblich.
Im Allgemeinen sind Verhältnisse von Schaufellänge verjüngt zur gesamten Schaufellänge (Slver/Slgesamt) von 0,1 bis 0,7, vorzugsweise von 0,15 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,25, besonders geeignet.
Das Durchmesserverhältnis DV, das sich aus der folgenden Gleichung ergibt, $D V = (D nenn - D verjüngt) / D nenn$

beträgt in der Regel 0,01 bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 und insbesondere bevorzugt 0,04 bis 0,07, wobei sich Dnenn und Dverjüngt ergeben aus $D nenn = d i nenn / d a$

und $D verjüngt = d i verj / d a$
Hierbei ist da der Schaufelaußendurchmesser, dinenn der Nenninnendurchmesser der Schaufeln und diverj der verjüngte Innendurchmesser der Schaufeln.
Neben der Schaufelprofillänge verringert sich auch die Dicke des Schaufelprofils, so dass sich auch die Querschnittsfläche des Schaufelprofils im verjüngten Bereich verringert. Die relative Querschnittsflächenabnahme ergibt sich aus $A V = (A nenn - A verj) / A nenn$

wobei Anenn die Querschnittsfläche im nicht verjüngten Bereich ist, und im Folgenden auch als Basisprofil bezeichnet wird, und Averj die Querschnittsfläche im (am meisten) verjüngten Bereich ist. Die Veränderung des Schaufelprofils ist besonders gut aus Fig. 6 ersichtlich. Im Allgemeinen, d.h. nicht explizit auf die vorliegende Variante bezogen, liegt die relative Querschnittsflächenabnahme AV im Bereich von 0,1 bis 0,90, insbesondere von 0,2 bis 0,8 und besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,7.
Weitere Varianten in Bezug auf den Verlauf der Verjüngung sind beispielhaft in den Figuren 7a bis 7d dargestellt, wobei Fig. 7a einen konvexen Verjüngungsverlauf, Fig. 7b einen konkaven Verjüngungsverlauf, Fig. 7c einen linearen Verjüngungsverlauf und Fig. 7d einen einfach abgestuften Verjüngungsverlauf zeigen. Beliebige Kombinationen wie auch ein ggf. mehrfach abgestufter Verjüngungsverlauf sind möglich.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen Varianten in Bezug auf die Form der Verjüngung des Schaufelprofils in Richtung der Zuströmseite. Der Verlauf der Verjüngung kann beispielsweise entsprechend der Darstellung der Figuren 7a bis 7d erfolgen. Zur besseren Verdeutlichung der Profilveränderung ist in den Figuren 8 bis 10 die Skelettlinie des jeweiligen Basisprofils durch eine Stern-Strich-Linie gekennzeichnet.
Die Verjüngung relativ zum Basisprofil kann symmetrisch zur Skelettlinie erfolgen, wie in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie in einer Schaufel 2 auf der Saugseite dargestellt. Die Verjüngung relativ zum Basisprofil kann auch asymmetrisch zur Skelettlinie erfolgen, wie in Fig. 9 in einer Schaufel 2 durch die gepunktete Linie auf der Saugseite dargestellt. Die Verjüngung kann ebenso bereichsweise symmetrisch und bereichsweise asymmetrisch zur Skelettlinie erfolgen, wie in den Figuren 8 bis 10 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist und bei Vergleich der durchgezogenen Linien in Bezug auf die gestrichelte bzw. gepunktete Linie ersichtlich wird.
Allgemein sei angemerkt, dass die Kanalform im verjüngten Teil der Beschaufelung sowohl konvergent, wie erfindungsgemäß vorgesehen, als auch konvergent-divergent oder divergent ausgebildet sein kann.
Besonders bevorzugt weichen die Ein- und Austrittswinkel im sich verjüngenden Schaufelteil von denen im Bereich des Basisprofils, d.h. im Teil mit konstantem Querschnitt, ab, wodurch sich eine aerodynamische Verwindung des Schaufelprofils ergibt. Die Winkel können jedoch auch konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant bleiben.
Erfindungsgemäß werden die Schaufeln zumindest bereichsweise durch Hohlprofile gebildet, die aus einem einzigen Material gefertigt sind. Dabei können zur Versteifung des Profils auch Querstreben vorgesehen sein, so dass insbesondere auch mehrere voneinander getrennte Hohlräume ausgebildet sein können.
Die Schaufeln können auf der Zargenseite offen oder auch geschlossen ausgebildet sein.

Claims

Kunststofflaufrad für ein Trommelläufer-Radialgebläse für die Heizung und Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von Schaufeln (2), wobei der Strömungskanal (3) zwischen zwei Schaufeln (2) in Strömungsrichtung im Wesentlichen konvergent ist und die Laufradschaufeln stark profiliert ausgebildet sind, wobei sich das Schaufelprofil in Richtung Zarge zumindest teilweise verjüngt, wobei die Schaufeln zumindest bereichsweise als Hohlprofil ausgebildet sind.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Profildicke (d) zur Profilgesamtlänge (Lges) der Schaufel (2) größer oder gleich 0,15, insbesondere größer oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,25 ist.
Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalverhältnis (A2/A1) 0,4 bis 0,8, insbesondere 0,5 bis 0,75 und besonders bevorzugt 0,55 bis 0,7, beträgt.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanallängenverhältnis (Lkv) zwischen 0,5 und 0,95, insbesondere 0,6 bis 0,9, besonders bevorzugt 0,70 bis 0,85, beträgt.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsehnenverhältnis (Ksv) zwischen 0,7 und 0,95, insbesondere zwischen 0,75 und 0,95 und besondere bevorzugt zwischen 0,80 und 0,95, beträgt.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalwölbungsverhältnis (Kwv) zwischen 0,1 und 0,5, insbesondere zwischen 0,15 und 0,4 und besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3, beträgt.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (2) so profiliert sind, dass der druckseitige Eintrittswinkel (beta1DS) zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 35° und 80°, und der saugseitige Eintrittswinkel (beta1SS) zwischen 25° und 80°, insbesondere zwischen 30° und 60°, der druckseitige Austrittswinkel (beta2DS) zwischen 130° und 180°, insbesondere zwischen 150° und 170°, und der saugseitige Austrittswinkel (beta2SS) zwischen 120° und 170°, insbesondere zwischen 140° und 160°, betragen.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Laufrad eine Nabenscheibe (6) aufweist, deren maximale massive Wandstärke maximal 3 mm beträgt.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer tragenden Struktur der Schaufel (2) zumindest bereichsweise eine Weichkomponente aufgespritzt oder in die zumindest bereichsweise eine Weichkomponente eingespritzt ist.
Laufrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale massive Wandstärke der tragenden Struktur im Bereich der Schaufeln 3 mm beträgt.
Laufrad nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der maximalen Wandstärke der tragenden Struktur im Bereich der Schaufeln zur Nabenscheibendicke gleich 1.
Laufrad nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichkomponente zumindest bereichsweise das Profil der Schaufel (2) bildet.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln hohl ausgebildet sind, wobei Stege in den hohl ausgebildeten Schaufeln vorgesehen sind.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hohlprofil ausgebildeten Schaufeln einseitig verschlossen sind.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Hohlprofils eine Weichkomponente eingespritzt ist.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) mittels Zwei-Komponenten Kunststoff-Spritzgießens hergestellt ist.
Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (2) auf der Laufrad-Nabenseite zylindrisch und zargenseitig konisch ausgebildet sind.