EP3450716A1 - Fan wheel and cooling fan module comprising such a fan wheel - Google Patents
Fan wheel and cooling fan module comprising such a fan wheel Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a fan wheel, in particular with backward-angled blade leaves, for a radiator fan module, in particular an electrically operated radiator fan module, in particular for motor vehicles.
- the cooling system of an internal combustion engine in particular of a motor vehicle, mainly dissipates the heat which is given off to the walls of combustion chambers and cylinders because the combustion process is not ideal. Since too high temperatures would damage the engine (tearing off the lubricating film, burning the valves, etc.), the combustion engine must be actively cooled.
- Modern internal combustion engines especially four-stroke engines in motor vehicles are liquid-cooled, with a few exceptions, with a mixture of water, antifreeze and corrosion inhibitor is usually used as the cooling liquid.
- the coolant is pumped via hoses, pipes and / or ducts through the engine (cylinder head and engine block) as well as, if necessary, by thermally stressed engine attachments, such as exhaust gas turbocharger, generator or exhaust gas recirculation cooler.
- the cooling liquid absorbs heat energy and dissipates it from the above-mentioned components.
- the heated coolant continues to flow to a cooler.
- This cooler - formerly often made of brass, today mostly aluminum - is usually mounted on the front of the motor vehicle, where an air stream absorbs heat energy from the coolant and cools it before it flows back to the engine, whereby the coolant circuit is closed.
- Cooler fan module provided, which can be driven mechanically via a belt drive or electrically via an electric motor.
- the following statements relate to an electrically driven radiator fan module.
- a radiator fan module conventionally consists of a fan cowl, which has a fan wheel recess, and a fan wheel, which is rotatably held in the fan wheel recess.
- the geometry of the fan wheel significantly influences both the volume of air delivered and the acoustic properties of the radiator fan module.
- Classic fan wheels (s. Figures 1A and 1B ) have on the blades on at least a substantially flat or slightly curved edge geometry.
- the present invention has for its object to provide an advantageous fan, which is particularly advantageous in terms of its Lucaséeigenschafen and / or its acoustic properties.
- a fan wheel in particular for a motor vehicle, comprising a hub cup, in particular rotationally symmetrical about a rotation axis; and a plurality of airfoils disposed on the hub shell and extending radially outward from an outer wall, in particular at least substantially cylindrical, of the hub pot, each airfoil having a leading edge and a trailing edge, wherein for at least one airfoil, in particular some of the airfoils, in particular all airfoils, applies: a reference straight line is defined by: a first point on an axis of rotation of the fan wheel; a radial extent through the first point and perpendicular to the axis of rotation; and a second point which divides a circular-arc-shaped edge at the transition from the hub pot to the blade into two segments of equal length, a reference plane being defined by a straight line parallel to the rotation axis and a straight line parallel to the reference straight line, the displacement being such These are in the direction of rotation
- a "fan” in the context of the present invention is in particular a rotationally symmetrical component which a hub, in particular a hub pot, which connects the fan to a motor, in particular via a protruding from this shaft, in such a way that the torque which of the Motor is generated, at least substantially completely transferred to the fan.
- the fan has a plurality of blades on which provided, in particular are set up to generate an air flow volume as soon as the fan wheel is set in a rotational movement.
- the blades are preferably inclined relative to the axis of rotation in an angular range of -90 ° to + 90 °.
- a “hub pot” in the sense of the present invention is in particular a central part of the fan wheel, which is arranged at least substantially in the middle of the fan wheel, a connection to a drive, in particular a motor, in particular an electric motor provides, this drive, in particular motor , in particular electric motor, at least partially covering and which, like a classical pot, forms an at least substantially flat base surface and a cylindrical surface adjoining it.
- the airfoils are arranged on this cylindrical outer wall, in particular integrally formed.
- airfoil within the meaning of the present invention is a relative to a plane on which the axis of rotation is perpendicular, inclined flat body, which is arranged on the hub pot and which is provided, in particular adapted to generate a volume of air flow, as soon as the fan in a rotational movement is added.
- blades are also understood to mean, in particular, blades or rotor blades.
- a "leading edge" of the airfoil in the sense of the present invention is in particular that edge which leads in the direction of rotation.
- a "trailing edge" of an airfoil in the sense of the present invention is in particular that edge of the airfoil which lags viewed in the direction of rotation.
- An "orthogonal projection" in the sense of the present invention is an image of a point on a plane, so that the connecting line between the point and its image forms a right angle with this plane. The image then has the shortest distance to the starting point of all points of the plane.
- the orthogonal projection is thus a special case of a parallel projection, in which the direction of projection is equal to the normal direction of the plane.
- a "relative unit radius" in the sense of the present invention describes a point or a, in particular cylindrical, plane at a defined distance from the rotation axis in a normalized manner, which leads to improved comparability between different fan wheels.
- “Aperiodic” in the sense of the present invention is in particular a shape that extends asymmetrically over the relative unit radius, that is, in other words, no symmetry axis can be found which the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and / or the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) divided into two mutually identical sub-functions.
- the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and / or the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) is not a function whose function values are repeated at regular intervals.
- the basic idea of the present invention is to give the leading edge and / or the trailing edge an aperiodically wavy shape, which leads to a unique configuration of the airfoil, as determined by the edge geometry (course of the relative position of the leading or trailing edge). is described.
- this form according to the invention is the key to increased air performance and the above-described performance savings.
- the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) is referenced to a third point which, viewed in the direction of rotation of the fan wheel, is the foremost point at the transition from the hub cup to the airfoil and / or the relative position of the trailing edge POS rel_VK ( FIG. t) is referred to a fourth point, which, viewed in the direction of rotation of the impeller, is the rearmost point at the transition from the hub pot to the blade.
- the fan wheel on one or more seen in the direction of rotation backward sickle blades.
- This is particularly important because there are fundamentally different aerodynamic conditions for fan wheels with forward and backward-angled blades, which, inter alia, have a significant influence on the delivered air volume flow.
- Reverse-sickled in the sense of the present invention means in particular that the tip of the airfoil with the outer radius R a in the direction of rotation lags the middle of the airfoil.
- the fan wheel has an at least substantially circular outer ring, which connects blade tips of the blades together. This is particularly advantageous because in this way an increased mechanical strength of the fan wheel is achieved and a defined, at least substantially constant, gap between a Zargenring and the outer ring is provided, which in turn leads to advantageous aerodynamic and / or acoustic effects.
- a, in particular local, minimum in the specified range contributes to a substantial proportion to the increase in the air volume flow.
- the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) in the y-direction after the, in particular local, maximum has no or at most a low point. This is particularly advantageous because in this way the fan expires at least substantially rectilinearly, since extensive tests have shown that more waves after the maximum, especially local, achieve no further significant power savings.
- the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) in the y-direction after the, in particular local, minimum has no or at most a high point. This is particularly advantageous because in this way the fan expires at least substantially rectilinear, since extensive tests have shown that more waves after the, in particular local, minimum achieve no further significant power savings.
- the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) are at least substantially axisymmetric to one another, in particular the trailing edge POS rel_HK (t) is in a range a geometrically exactly mirrored curve at the symmetry axis of +/- 20%, in particular +/- 10%, of the value of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) .
- a curved pivot axis runs through the blade leaf centrally or slightly off-center, eg at 40% of the blade airfoil in the direction of rotation, around which incremental disks of the airfoil, which are perpendicular to the pivot axis, are aligned individually. This results in a functional relationship between the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) via the pivot axis .
- t 0 describes an offset of the relative unit radius for setting the vertex at the hub, N the number of oscillations over the axial unit radius, a a vibration coefficient for scaling the wavelength and the adjustment of the position of, in particular local, minimum
- a 1 a quadratic polynomial coefficient
- a 2 is a linear polynomial coefficient
- a 3 is a coefficient of axial threading, ie for adjusting the linear course of the leading edge of the hub cup to the blade tip and the outer ring
- a 4 is a relative Basisauslenkung ("start" deflection) of the leading edge of the hub pot.
- the above function describes the aperiodically wavy shape of the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t). Using the specified parameters, it is possible to adapt the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) to the external conditions in the course of the fan wheel design, in order thus to achieve an advantageous power saving or equivalent increase in air volume flow.
- t 0 describes an offset of the relative unit radius for setting the vertex at the hub, N the number of oscillations over the axial unit radius, a a vibration coefficient for scaling the wavelength and the adjustment of the position of, in particular local, maximum, A 1 a quadratic polynomial coefficient, A 2 a linear polynomial coefficient, A 3 a coefficient of axial Auffädelung, ie for adjusting the linear course of the trailing edge of the hub cup to the blade tip and the outer ring and A 4 a relative Basisauslenkung ("Start" -Auslenkung) of the trailing edge of the hub pot.
- the above function describes the aperiodically wavy shape of the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t). Using the specified parameters, it is possible to adapt the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) to the external conditions in the course of the fan wheel design in order to achieve an advantageous power saving or equivalent increase in air volume flow.
- the fan according to the invention according to one of the embodiments described here is particularly intended for use in conjunction with a fan cowl with front struts, i. the struts are seen in the main direction of flow in front of the fan.
- a further aspect of the present invention relates to a radiator fan module, in particular for a motor vehicle, comprising a fan cowl, a fan wheel recess which is formed in the fan cowl, wherein the fan wheel recess is delimited by a frame ring, a motor holder which is arranged inside the fan wheel recess and which Struts with the fan cowl is mechanically connected, a motor, in particular an electric motor, which is at least partially held in the motor holder, and a fan wheel, which is arranged in the Lüfterradausström supraung and which is rotationally driven by the motor, wherein the fan wheel according to an embodiment of the present Invention is formed.
- a "fan cowl” in the sense of the present invention is in particular a frame in which the fan wheel is held, and in turn is preferably arranged on or in the vicinity of a radiator, in particular fastened.
- a fan cowl according to the present invention preferably has a plastic material, in particular a plastic compound, in particular, the fan cowl is formed from this.
- the fan cowl comprises a metal material, for example iron, steel, Aluminum, magnesium or the like, on, in particular is at least partially, in particular at least substantially, in particular completely, formed from this.
- a fan shroud may also have more than one LüfterradausNFung, a motor holder, a motor and a fan, in particular, the present invention is suitable for use in radiator fan modules with two or more, in particular two, fan wheels.
- the fan frame additionally has at least one closable opening, in particular at least one flap, in particular a plurality of the same. This is particularly advantageous since further air-guiding properties can be realized in this way.
- a "Zargenring" within the meaning of the present invention limits the LüfterradausEnglishung in a plane perpendicular to the axis of rotation of the fan wheel, wherein the plane is at least substantially identical, in particular with the extension direction of the fan cowl.
- the Zargenring can either be formed by an edge of LüfterradausEnglishung and / or have an expanding cylinder in the axial direction, which is preferably formed integrally with the fan cowl.
- a "motor holder" in the sense of the present invention is in particular a device for mechanically fixing the motor to the fan cowl, in particular for providing the torque counteracting the fan wheel.
- the motor holder is an at least substantially annular structure in which the motor is held. This is particularly advantageous because in this way an advantageous cooling air flow is not affected by the engine.
- “Struts” in the sense of the present invention are in particular beam or crescent-shaped structures which provide a mechanical connection between the engine mount and the fan cowl.
- the struts may have a drop-shaped cross section in order to achieve advantageous aerodynamic and / or acoustic effects.
- a "motor” in the sense of the present invention is in particular a machine that performs mechanical work by converting an energy form, for example thermal / chemical or electrical energy, into kinetic energy, in particular a torque. This is particularly advantageous, since in this way the fan cowl can be operated at least substantially independently, except for the supply of energy, that is, without being supplied externally with kinetic energy, such as a wedge or toothed belt.
- An “electric motor” in the sense of the present invention is an electromechanical converter (electric machine), which converts electrical power into mechanical power, in particular into a torque.
- the term electric motor within the meaning of the present invention includes, but is not limited to, DC motors, AC motors and three-phase motors or brushless and brushless electric motors or internal rotor and external rotor motors. This is particularly advantageous since electrical energy represents an energy form that is easy to transmit compared to mechanical or chemical energy, with which the required torque is provided for driving the fan wheel.
- the struts of the radiator fan module are arranged in front of the fan as seen in the flow direction. This is particularly relevant, since front and rear struts lead to substantially different aerodynamic conditions and the fan described here can be used particularly advantageously in ruling leaning struts, as extensive experiments showed.
- Fig. 1A shows a fan 1 of the prior art in a perspective view with a view of the top
- Fig. 1B shows a front view of an airfoil 30 of the known fan of the Fig. 1A with a view from the reference plane in a perspective view, wherein the top (corresponding to the suction side) of the fan wheel 1 points downward.
- the fan 1 has according to the Fig. 1A . 1B . 2A . 2 B and 3 a about a rotational axis R rotationally symmetrical hub pot 10.
- a plurality of blades 30 is arranged, extending from a cylindrical outer wall 12th of the hub pot 10 extend in the radial direction to the outside.
- One direction of rotation D is in the Fig. 1A and 2A indicated by an arrow. Accordingly, the direction of rotation is counterclockwise.
- a main flow direction of the conveyed air is marked with HSR.
- the fan wheel 1 has an at least substantially circular outer ring 20 which connects blade tips of the blades 30 together.
- the blades 30 in an orthogonal projection flat or curved leading edges VK and planar or curved trailing edges HK.
- Fig. 2A shows a fan 1 according to an embodiment of the present invention in a perspective view
- Fig. 2B a front view of an airfoil 30 of the fan wheel of Fig. 2A with view from the reference plane E_REF in a perspective view.
- Fig. 3 shows a fan 1 of the prior art in a perspective view for describing a reference plane E_REF.
- P2 Another at least substantially identical definition of P2 can be derived from an angle: two auxiliary radii are required, the first one Auxiliary radius through P1 and a third point P3 of the transition edge between the cylindrical outer wall and the blade extends and a second auxiliary radius which passes through a fourth point P4 of the transition edge of the hub pot 10 to the blade 30 and from this angle, which is enclosed between the two auxiliary radii , the bisecting line is formed.
- the point at which said bisector intersects the cylindrical outer wall 12, in particular at an outer side thereof, is P2.
- a reference plane E_REF is defined by a straight line parallel to the rotation axis R and a straight line parallel to the reference straight line G_REF, wherein the displacement is such that, viewed in the direction of rotation D of the fan wheel 1, it is located completely in front of the airfoil 30.
- an orthogonal projection of the leading edge VK of the airfoil 10 and an orthogonal projection of the trailing edge HK of the airfoil 10 are depicted.
- the viewing direction B shows, as in the Fig. 1B and 2 B is looked at in each case an airfoil segment of the fan wheel 1.
- the z-axis is defined by an orthogonal projection of the axis of rotation R in the reference plane E_REF, which is displaced in a second step in the reference plane E_REF from the orthogonal projection of the axis of rotation R by an outer radius R i of the hub pot 10 in the radial direction outward in parallel.
- the z-axis is unchanged in its orientation but is shifted in parallel in two steps, namely once by the orthogonal projection to the reference plane E_REF and then by the shift in the reference plane E_REF by R i .
- the y-axis is defined by an orthogonal projection of the radial extent E in the reference plane E_REF.
- the origin This yz coordinate system is defined by the intersection of the two axes.
- Fig. 4 1 shows the profile of the relative position of the leading edge POS reL_VK (t) and the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) via the relative unit radius of a fan wheel according to an embodiment of the present invention.
- the horizontal axis corresponds to the y-axis described above, and the vertical axis corresponds to the z-axis described above.
- the relative unit radius t (r) is plotted.
- the profile of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) ranges from 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t (r ) of the airfoil (30), in particular local, maximum and the course of the relative position of the leading edge POS reL_VK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5 %, of the relative unit radius t (r) of the airfoil (30), in particular local minimum.
- the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) are at least substantially axisymmetric to each other; in particular, the trailing edge POS rel_HK (t) extends in a region around a geometric one uniquely determined course of a mirrored curve of +/- 20%, in particular +/- 10%, of the value of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t).
- Fig. 6 shows a radiator fan module 100 with the fan 1 according to the present invention according to the second aspect of the present invention.
- the cooling fan module 100 has a fan frame 2, wherein a Lüfterradausnaturalung 40 is formed in the fan frame 2, which is bounded by a Zargenring 42.
- a motor holder hidden by the hub 10) is disposed within the Lüfterradausströmung 40 and mechanically connected by struts 44 with the fan frame 2.
- a motor in particular an electric motor, at least partially held (also hidden by the hub pot 10).
- a fan 1 is disposed in the Lüfterradaus supraung 40 and is rotationally driven by the motor.
- the fan 1 corresponds to an embodiment of a fan 1 according to the present invention.
- the struts 44 are according to the embodiment of the Fig. 6 Seen in the flow direction in front of the fan, wherein the flow direction perpendicular from the figure of Fig. 6 shows out.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad 1, aufweisend einen Nabentopf 10 und eine Mehrzahl von Schaufelblättern 30, welche an dem Nabentopf 10 angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand 12 des Nabentopfs 10 in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei jedes Schaufelblatt 30 eine Vorderkante VK und eine Hinterkante HK aufweist, wobei für wenigstens ein Schaufelblatt 30 der Verlauf einer Relativposition der Vorderkante POS rel_VK und/oder der Verlauf einer Relativposition der Hinterkante POS rel_HK des Schaufelblattes eine aperiodisch wellige Form aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlerlüftermodul mit einem Lüfterrad der vorbeschriebenen Art sowie die Verwendung eines solchen Lüfterrades in einem Kraftfahrzeug.The present invention relates to a fan wheel 1, comprising a hub pot 10 and a plurality of blade leaves 30, which are arranged on the hub pot 10 and extend from a, in particular at least substantially cylindrical, outer wall 12 of the hub pot 10 in a radially outward direction, wherein each airfoil 30 has a front edge VK and a rear edge HK, wherein for at least one airfoil 30 the course of a relative position of the leading edge POS rel_VK and / or the course of a relative position of the trailing edge POS rel_HK of the airfoil has an aperiodically wavy shape. Furthermore, the present invention relates to a radiator fan module with a fan of the type described above and the use of such a fan in a motor vehicle.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere mit rückwärtsgesichelten Schaufelblättern, für ein Kühlerlüftermodul, insbesondere ein elektrisch betriebenes Kühlerlüftermodul, insbesondere für Kraftfahrzeuge.The present invention relates to a fan wheel, in particular with backward-angled blade leaves, for a radiator fan module, in particular an electrically operated radiator fan module, in particular for motor vehicles.
Das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, führt hauptsächlich diejenige Wärme ab, welche an die Wände von Brennräumen und Zylindern abgegeben wird, weil der Verbrennungsprozess nicht ideal verläuft. Da zu hohe Temperaturen den Motor beschädigen würden (Abreißen des Schmierfilms, Verbrennen der Ventile etc.), muss der Verbrennungsmotor aktiv gekühlt werden.The cooling system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, mainly dissipates the heat which is given off to the walls of combustion chambers and cylinders because the combustion process is not ideal. Since too high temperatures would damage the engine (tearing off the lubricating film, burning the valves, etc.), the combustion engine must be actively cooled.
Moderne Verbrennungsmotoren, insbesondere Viertaktmotoren in Kraftfahrzeugen, werden bis auf wenige Ausnahmen flüssigkeitsgekühlt, wobei in der Regel ein Gemisch aus Wasser, Frostschutzmittel und Korrosionsschutzmittel als Kühlflüssigkeit zum Einsatz kommt.Modern internal combustion engines, especially four-stroke engines in motor vehicles are liquid-cooled, with a few exceptions, with a mixture of water, antifreeze and corrosion inhibitor is usually used as the cooling liquid.
Die Kühlflüssigkeit wird über Schläuche, Rohre und/oder Kanäle durch den Motor (Zylinderkopf und Motorblock) sowie ggfs. durch thermisch stark beanspruchte Anbauteile des Motors, wie Abgasturbolader, Generator oder Abgasrückführkühler, gepumpt. Hierbei nimmt die Kühlflüssigkeit Wärmeenergie auf und führt sie aus den oben genannten Komponenten ab. Die erwärmte Kühlflüssigkeit fließt weiter zu einem Kühler. Dieser Kühler - früher oftmals aus Messing, heute zumeist aus Aluminium - ist meist an der Front des Kraftahrzeuges angebracht, wo ein Luftstrom Wärmeenergie vom Kühlmittel aufnimmt und dieses damit abkühlt, bevor es wieder zum Motor zurückfließt, wodurch der Kühlmittelkreislauf geschlossen ist.The coolant is pumped via hoses, pipes and / or ducts through the engine (cylinder head and engine block) as well as, if necessary, by thermally stressed engine attachments, such as exhaust gas turbocharger, generator or exhaust gas recirculation cooler. In this case, the cooling liquid absorbs heat energy and dissipates it from the above-mentioned components. The heated coolant continues to flow to a cooler. This cooler - formerly often made of brass, today mostly aluminum - is usually mounted on the front of the motor vehicle, where an air stream absorbs heat energy from the coolant and cools it before it flows back to the engine, whereby the coolant circuit is closed.
Um die Luft durch den Kühler zu treiben, wird in Strömungsrichtung gesehen vor dem Kühler (d.h. stromaufwärtig) oder nach dem Kühler (d.h. stromabwärtig) ein Kühlerlüftermodul vorgesehen, welches mechanisch über einen Riementrieb oder elektrisch über einen Elektromotor angetrieben sein kann. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf ein elektrisch angetriebenes Kühlerlüftermodul.To propel the air through the radiator is seen upstream of the radiator (ie, upstream) or downstream of the radiator (ie, downstream) Cooler fan module provided, which can be driven mechanically via a belt drive or electrically via an electric motor. The following statements relate to an electrically driven radiator fan module.
Ein Kühlerlüftermodul besteht klassisch aus einer Lüfterzarge, welche eine Lüfterradausnehmung aufweist, und einem Lüfterrad, welches drehbar in der Lüfterradausnehmung gehalten ist.A radiator fan module conventionally consists of a fan cowl, which has a fan wheel recess, and a fan wheel, which is rotatably held in the fan wheel recess.
Die Geometrie des Lüfterrades beeinflusst maßgeblich sowohl die geförderte Luftmenge als auch die akustischen Eigenschaften des Kühlerlüftermoduls.The geometry of the fan wheel significantly influences both the volume of air delivered and the acoustic properties of the radiator fan module.
Klassische Lüfterräder (s.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Lüfterrad anzugeben, welches insbesondere hinsichtlich seiner Luftfördereigenschafen und/oder seiner Akustikeigenschaften vorteilhaft ist.The present invention has for its object to provide an advantageous fan, which is particularly advantageous in terms of its Luftfördereigenschafen and / or its acoustic properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lüfterrad gemäß Anspruch 1 und ein Kühlerlüftermodul gemäß Anspruch 10 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen des Lüfterrades und des Kühlerlüftermoduls sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a fan according to
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Lüfterrad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen, insbesondere um eine Rotationsachse rotationssymmetrischer, Nabentopf; und eine Mehrzahl von Schaufelblättern, welche an dem Nabentopf angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand des Nabentopfs in radialer Richtung nach außen erstrecken, wobei jedes Schaufelblatt eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei für wenigstens ein Schaufelblatt, insbesondere einige der Schaufelblätter, insbesondere alle Schaufelblätter, gilt: eine Referenzgerade definiert ist durch: einen ersten Punkt auf einer Rotationsachse des Lüfterrades; eine radiale Erstreckung durch den ersten Punkt und senkrecht zu der Rotationsachse; und einen zweiten Punkt, welcher eine kreisbogenförmige Kante am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt in zwei gleichlange Abschnitte unterteilt, wobei eine Referenzebene definiert ist durch eine zur Rotationsachse parallel verschobene Gerade und eine zur Referenzgerade parallel verschobene Gerade, wobei die Verschiebung dergestalt ist, dass sich diese in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet vollständig vor dem Schaufelblatt befindet, wobei in der Referenzebene eine Orthogonalprojektion der Vorderkante des Schaufelblattes und eine Orthogonalprojektion der Hinterkante des Schaufelblattes abgebildet sind; wobei in der Referenzebene eine z-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der Rotationsachse in der Referenzebene, welche in der Referenzebene ausgehend von der Orthogonalprojektion der Rotationsachse um einen Außenradius des Nabentopfes in radialer Richtung nach außen parallel verschoben ist; wobei in der Referenzebene eine y-Achse definiert ist durch eine Orthogonalprojektion der radialen Erstreckung in der Referenzebene; wobei auf der y-Achse ein relativer Einheitsradius t(r) angetragen ist, welcher wie folgt definiert ist:
Dies ist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft, da sich auf diese Weise eine günstige Luftvolumenströmung erzielen lässt. Vergleichsmessungen, welche in der Figurenbeschreibung im Detail erläutert werden, haben gezeigt, dass ein Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung einen höheren Luftvolumenstrom erreichen kann, insbesondere erreicht, gegenüber einem ansonsten baugleichen Lüfterrad mit ebener bzw. gebogener Hinterkante. Mit anderen Worten: Der gleiche Luftvolumenstrom lässt sich erzeugen mit einer Leistungsersparnis bzw. einem langsamer laufenden Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung. Alternativ kann bei gleicher Leistung ein höherer Luftvolumenstrom erzielt werden.This is particularly advantageous according to an embodiment of the present invention, since in this way a favorable air volume flow can be achieved. Comparative measurements, which are explained in detail in the figure description, have shown that a fan according to the present invention can achieve a higher air flow rate, in particular achieved, compared to an otherwise identical fan with flat or curved trailing edge. In other words, the same air volume flow can be generated with a power saving or a slower running fan according to the present invention. Alternatively, a higher air volume flow can be achieved with the same power.
Ein "Lüfterrad" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine rotationssymmetrische Komponente, welche eine Nabe, insbesondere einen Nabentopf, welcher das Lüfterrad mit einem Motor, insbesondere über eine aus diesem herausragende Welle, verbindet in einer Weise, dass das Drehmoment, welches von dem Motor erzeugt wird, wenigstens im Wesentlichen vollständig auf das Lüfterrad übertragen wird. Weiterhin weist das Lüfterrad eine Mehrzahl an Schaufelblättern auf, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, sobald das Lüfterrad in eine rotatorische Bewegung versetzt wird. Die Schaufelblätter sind dabei bevorzugt gegenüber der Rotationsachse geneigt in einem Winkelbereich von -90° bis +90°.A "fan" in the context of the present invention is in particular a rotationally symmetrical component which a hub, in particular a hub pot, which connects the fan to a motor, in particular via a protruding from this shaft, in such a way that the torque which of the Motor is generated, at least substantially completely transferred to the fan. Furthermore, the fan has a plurality of blades on which provided, in particular are set up to generate an air flow volume as soon as the fan wheel is set in a rotational movement. The blades are preferably inclined relative to the axis of rotation in an angular range of -90 ° to + 90 °.
Ein "Nabentopf" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein zentraler Teil des Lüfterrades, welcher wenigstens im Wesentlichen in der Mitte des Lüfterrades angeordnet ist, eine Verbindung mit einem Antrieb, insbesondere einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, bereitstellt, diesen Antrieb, insbesondere Motor, insbesondere Elektromotor, zumindest teilweise abdeckt und welcher wie ein klassischer Topf eine wenigstens im Wesentlichen ebene Basisfläche und eine sich daran anschließende Zylinderfläche zusammensetzt. Insbesondere sind an dieser zylinderförmigen Außenwand die Schaufelblätter angeordnet, insbesondere angeformt.A "hub pot" in the sense of the present invention is in particular a central part of the fan wheel, which is arranged at least substantially in the middle of the fan wheel, a connection to a drive, in particular a motor, in particular an electric motor provides, this drive, in particular motor , in particular electric motor, at least partially covering and which, like a classical pot, forms an at least substantially flat base surface and a cylindrical surface adjoining it. In particular, the airfoils are arranged on this cylindrical outer wall, in particular integrally formed.
Ein "Schaufelblatt" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein gegenüber einer Ebene, auf welcher die Rotationsachse senkrecht steht, geneigter flacher Körper, welcher an dem Nabentopf angeordnet ist und welcher dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, sobald das Lüfterrad in eine rotatorische Bewegung versetzt wird. Unter Schaufelblättern im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere auch Flügel oder Rotorblätter verstanden.An "airfoil" within the meaning of the present invention is a relative to a plane on which the axis of rotation is perpendicular, inclined flat body, which is arranged on the hub pot and which is provided, in particular adapted to generate a volume of air flow, as soon as the fan in a rotational movement is added. In the context of the present invention, blades are also understood to mean, in particular, blades or rotor blades.
Eine "Vorderkante" des Schaufelblattes im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere diejenige Kante, welche in Rotationsrichtung vorauseilt.A "leading edge" of the airfoil in the sense of the present invention is in particular that edge which leads in the direction of rotation.
Eine "Hinterkante" eines Schaufelblattes im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere diejenige Kante des Schaufelblattes, welche in Rotationsrichtung betrachtet nacheilt.A "trailing edge" of an airfoil in the sense of the present invention is in particular that edge of the airfoil which lags viewed in the direction of rotation.
Eine "Orthogonalprojektion" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Abbildung eines Punkts auf eine Ebene, so dass die Verbindungslinie zwischen dem Punkt und seinem Abbild mit dieser Ebene einen rechten Winkel bildet. Das Abbild hat dann von allen Punkten der Ebene den kürzesten Abstand zum Ausgangspunkt. Die Orthogonalprojektion ist damit ein Spezialfall einer Parallelprojektion, bei der die Projektionsrichtung gleich der normalen Richtung der Ebene ist.An "orthogonal projection" in the sense of the present invention is an image of a point on a plane, so that the connecting line between the point and its image forms a right angle with this plane. The image then has the shortest distance to the starting point of all points of the plane. The orthogonal projection is thus a special case of a parallel projection, in which the direction of projection is equal to the normal direction of the plane.
Ein "relativer Einheitsradius" im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt einen Punkt bzw. eine, insbesondere zylinderförmige, Ebene in einem definierten Abstand von der Rotationsachse auf normierte Weise, was zu einer verbesserten Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Lüfterrädern führt.A "relative unit radius" in the sense of the present invention describes a point or a, in particular cylindrical, plane at a defined distance from the rotation axis in a normalized manner, which leads to improved comparability between different fan wheels.
"Aperiodisch" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Form, welche sich asymmetrisch über den relativen Einheitsradius erstreckt, das heißt mit anderen Worten, es kann keine Symmetrieachse gefunden werden, welche den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) und/oder den Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) in zwei zueinander identische Teilfunktionen unterteilt. Mit anderen Worten: Es handelt sich bei dem Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) und/oder dem Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) nicht um eine Funktion, deren Funktionswerte sich in regelmäßigen Abständen wiederholen."Aperiodic" in the sense of the present invention is in particular a shape that extends asymmetrically over the relative unit radius, that is, in other words, no symmetry axis can be found which the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and / or the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) divided into two mutually identical sub-functions. In other words, the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and / or the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) is not a function whose function values are repeated at regular intervals.
"Wellige" Form im Sinne der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die zweite Ableitung der zugrundeliegenden Funktion stets stetig ist."Wavy" form in the sense of the present invention is characterized in particular by the fact that the second derivative of the underlying function is always continuous.
Mit anderen Worten liegt der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, der Vorderkante und/oder der Hinterkante eine aperiodisch wellige Form zu geben, was zu einer einzigartigen Ausgestaltung des Schaufelblattes führt, wie sie über die Kantengeometrie (Verlauf der Relativposition der Vorder- bzw. Hinterkante) beschrieben ist. In dieser erfindungsgemäßen Form liegt der Schlüssel zur erhöhten Luftleistung bzw. zur oben beschriebenen Leistungsersparnis.In other words, the basic idea of the present invention is to give the leading edge and / or the trailing edge an aperiodically wavy shape, which leads to a unique configuration of the airfoil, as determined by the edge geometry (course of the relative position of the leading or trailing edge). is described. In this form according to the invention is the key to increased air performance and the above-described performance savings.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) auf einen dritten Punkt rückbezogen, welcher in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet der vorderste Punkt am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt ist und/oder die Relativposition der Hinterkante POSrel_VK(t) ist auf einen vierten Punkt rückbezogen, welcher in Drehrichtung des Lüfterrades betrachtet der hinterste Punkt am Übergang von dem Nabentopf zu dem Schaufelblatt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise die Relativposition der Vorder- und/oder Hinterkante auf einen definierten Punkt rückbezogen ist, um somit aus der Relativposition eine Absolutposition in Abhängigkeit des dritten und/oder vierten Punktes bestimmen zu können.According to an embodiment of the present invention, the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) is referenced to a third point which, viewed in the direction of rotation of the fan wheel, is the foremost point at the transition from the hub cup to the airfoil and / or the relative position of the trailing edge POS rel_VK ( FIG. t) is referred to a fourth point, which, viewed in the direction of rotation of the impeller, is the rearmost point at the transition from the hub pot to the blade. This is particularly advantageous because in this way the relative position of the leading and / or trailing edge is related back to a defined point in order to be able to determine an absolute position in dependence on the third and / or fourth point from the relative position.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung das Lüfterrad ein oder mehrere in Drehrichtung gesehen rückwärtsgesichelte Schaufelblätter auf. Dies ist insbesondere wesentlich, da für Lüfterräder mit vorwärts- und rückwärtsgesichelten Schaufelblättern grundlegend anders gelagerte aerodynamische Verhältnisse vorliegen, welche unter anderem einen signifikanten Einfluss auf den geförderten Luftvolumenstrom haben. Rückwärtsgesichelt im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Spitze des Schaufelblattes mit dem Außenradius Ra in Drehrichtung betrachtet der Mitte des Schaufelblattes nacheilt.According to a further embodiment of the present invention, the fan wheel on one or more seen in the direction of rotation backward sickle blades. This is particularly important because there are fundamentally different aerodynamic conditions for fan wheels with forward and backward-angled blades, which, inter alia, have a significant influence on the delivered air volume flow. Reverse-sickled in the sense of the present invention means in particular that the tip of the airfoil with the outer radius R a in the direction of rotation lags the middle of the airfoil.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Lüfterrad einen wenigstens im Wesentlichen kreisförmigen Außenring auf, welcher Blattspitzen der Schaufelblätter miteinander verbindet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise eine erhöhte mechanische Festigkeit des Lüfterrades erreicht wird und ein definierter, wenigstens im Wesentlichen konstanter, Spalt zwischen einem Zargenring und dem Außenring bereitgestellt wird, was wiederum zu vorteilhaften aerodynamischen und/oder akustischen Effekten führt.According to a preferred embodiment of the present invention, the fan wheel has an at least substantially circular outer ring, which connects blade tips of the blades together. This is particularly advantageous because in this way an increased mechanical strength of the fan wheel is achieved and a defined, at least substantially constant, gap between a Zargenring and the outer ring is provided, which in turn leads to advantageous aerodynamic and / or acoustic effects.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuchsstudien herausgestellt haben, dass ein, insbesondere lokales, Maximum in dem angegebenen Bereich einen wesentlichen Anteil zu der Erhöhung des Luftvolumenstroms beiträgt.According to one embodiment of the present invention, the profile of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t ( FIG. R) of the airfoil (30) on, in particular local, maximum on. This is particularly advantageous because extensive experimental studies have shown that a, in particular local, maximum in the specified range contributes a substantial share to the increase in the air volume flow.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuchsstudien herausgestellt haben, dass ein, insbesondere lokales, Minimum in dem angegebenen Bereich einen wesentlichen Anteil zu der Erhöhung des Luftvolumenstroms beiträgt.According to one embodiment of the present invention, the profile of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t ( FIG. R) of the airfoil (30), in particular a local minimum. This is particularly advantageous since extensive experimental studies have shown that a, in particular local, minimum in the specified range contributes to a substantial proportion to the increase in the air volume flow.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keinen oder höchstens einen Tiefpunkt auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise das Lüfterrad wenigstens im Wesentlichen geradlinig ausläuft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass weitere Wellen nach dem, insbesondere lokalen, Maximum keine weitere deutliche Leistungsersparnis erzielen.According to a further embodiment of the present invention, the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) in the y-direction after the, in particular local, maximum has no or at most a low point. This is particularly advantageous because in this way the fan expires at least substantially rectilinearly, since extensive tests have shown that more waves after the maximum, especially local, achieve no further significant power savings.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keinen oder höchstens einen Hochpunkt auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise das Lüfterrad wenigstens im Wesentlichen geradlinig ausläuft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass weitere Wellen nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keine weitere deutliche Leistungsersparnis erzielen.According to a further embodiment of the present invention, the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) in the y-direction after the, in particular local, minimum has no or at most a high point. This is particularly advantageous because in this way the fan expires at least substantially rectilinear, since extensive tests have shown that more waves after the, in particular local, minimum achieve no further significant power savings.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung sind der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander, insbesondere verläuft die Hinterkante POSrel_HK(t) in einem Bereich um eine an der Symmetrieachse geometrisch exakt gespiegelte Kurve von +/- 20 %, insbesondere +/- 10 %, des Wertes der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) auf. Insbesondere entspricht die Symmetrieachse einer, insbesondere waagerechten, Gerade mit folgender Eigenschaft:
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da umfangreiche Versuche ergeben haben, dass ein wenigstens im Wesentlichen achsensymmetrischer Verlauf von Vorder- und Hinterkante zueinander besonders positive Ergebnisse erzielt.This is particularly advantageous since extensive tests have shown that an at least substantially axisymmetric course of front and rear edge to each other achieves particularly positive results.
Mit anderen Worten: Durch das Schaufelblatt verläuft mittig oder leicht außermittig, z.B. bei 40 % der Schaufelblattausdehnung in Drehrichtung, eine gebogene Schwenkachse durch das Schaufelblatt, um welche inkrementelle Scheiben des Schaufelblattes, welche senkrecht auf der Schwenkachse stehen, einzeln ausgerichtet werden. Somit ergibt sich über die Schwenkachse ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Relativposition derVorderkante POSrel_VK(t) und dem Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t). In other words, a curved pivot axis runs through the blade leaf centrally or slightly off-center, eg at 40% of the blade airfoil in the direction of rotation, around which incremental disks of the airfoil, which are perpendicular to the pivot axis, are aligned individually. This results in a functional relationship between the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) via the pivot axis .
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllt der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung:
- t 0 ∈[0;0,5], insbesondere t 0 ∈[0;0,25], insbesondere t 0 ∈[0;0,1]
- N ∈[1;8], insbesondere N ∈[2;5], insbesondere N ∈[2;4]
- a ∈[-1,5;1,5], insbesondere a ∈[-1,0;1,0], insbesondere a ∈[-0,5;0,5]
- A1 ∈[-10;10], insbesondere A1 ∈[-8;8], insbesondere A1 ∈[-5;5]
- A2 ∈[-10;10], insbesondere A2 ∈[-8;8], insbesondere A2 ∈[-5;5]
- A3 ∈[-10;10], insbesondere A3 ∈[-8;8], insbesondere A3 ∈[-5;5]; und
- A 4 ∈[-10;10], insbesondere A 4 ∈[-8;8], insbesondere A 4 ∈[-5;5].
- t 0 ∈ [0, 0,5], in particular t 0 ∈ [0, 0,25], in particular t 0 ∈ [0, 0,1]
- N ∈ [1; 8], in particular N ∈ [2; 5], in particular N ∈ [2; 4]
- a ∈ [-1,5; 1,5], in particular a ∈ [-1,0; 1,0], in particular a ∈ [-0,5; 0,5]
- A 1 ∈ [-10; 10], in particular A 1 ∈ [-8; 8], in particular A 1 ∈ [-5; 5]
- A 2 ∈ [-10; 10], in particular A 2 ∈ [-8; 8], in particular A 2 ∈ [-5; 5]
- A 3 ∈ [-10; 10], in particular A 3 ∈ [-8; 8], in particular A 3 ∈ [-5; 5]; and
- A 4 ∈ [-10; 10], in particular A 4 ∈ [-8; 8], in particular A 4 ∈ [-5; 5].
t 0 beschreibt einen Offset des relativen Einheitsradius zur Einstellung des Scheitelpunktes am Nabentopf, N die Anzahl der Schwingungen über den axialen Einheitsradius, a einen Schwingungskoeffizienten zur Skalierung der Wellenlänge und der Einstellung der Lage des , insbesondere lokalen, Minimums, A1 einen quadratischen Polynomkoeffizienten, A2 einen linearen Polynomkoeffizienten, A3 einen Koeffizienten der axialen Auffädelung, d.h. zur Einstellung des linearen Verlaufs der Vorderkante vom Nabentopf zur Schaufelblattspitze bzw. zum Außenring und A 4 eine relative Basisauslenkung ("Start"-Auslenkung) der Vorderkante am Nabentopf. Die oben genannte Funktion beschreibt die aperiodisch wellige Form des Verlaufs der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t). Mithilfe der angegebenen Parameter ist es möglich, den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) an die äußeren Gegebenheiten im Zuge der Lüfterradauslegung anzupassen, um somit eine vorteilhafte Leistungseinsparung bzw. äquivalente Luftvolumenstromerhöhung zu erzielen. t 0 describes an offset of the relative unit radius for setting the vertex at the hub, N the number of oscillations over the axial unit radius, a a vibration coefficient for scaling the wavelength and the adjustment of the position of, in particular local, minimum A 1 a quadratic polynomial coefficient, A 2 is a linear polynomial coefficient, A 3 is a coefficient of axial threading, ie for adjusting the linear course of the leading edge of the hub cup to the blade tip and the outer ring and A 4 is a relative Basisauslenkung ("start" deflection) of the leading edge of the hub pot. The above function describes the aperiodically wavy shape of the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t). Using the specified parameters, it is possible to adapt the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) to the external conditions in the course of the fan wheel design, in order thus to achieve an advantageous power saving or equivalent increase in air volume flow.
Nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllt der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) in Abhängigkeit von dem relativen Einheitsradius t(r) folgende Bedingung:
- t 0 ∈[0;0,5], insbesondere t 0 ∈[0;0,25], insbesondere t 0 ∈[0;0,1]
- N ∈[1;8], insbesondere N ∈[2;5], insbesondere N ∈[2;4]
- a ∈[-1,5;1,5], insbesondere a ∈[-1,0;1,0], insbesondere a ∈[-0,5;0,5]
- A 1 ∈[-10;10], insbesondere A1 [-8; 8], insbesondere A 1 ∈[-5;5]
- A 2 ∈[-10;10], insbesondere A 2 ∈[-8;8], insbesondere A 2 ∈[-5;5]
- A 3 ∈[-10;10], insbesondere A 3 ∈[-8;8], insbesondere A 3 ∈[-5;5]; und
- A 4 ∈[-10;10], insbesondere A 4 ∈[-8;8], insbesondere A 4 ∈[-5;5].
- t 0 ∈ [0, 0,5], in particular t 0 ∈ [0, 0,25], in particular t 0 ∈ [0, 0,1]
- N ∈ [1; 8], in particular N ∈ [2; 5], in particular N ∈ [2; 4]
- a ∈ [-1,5; 1,5], in particular a ∈ [-1,0; 1,0], in particular a ∈ [-0,5; 0,5]
- A 1 ∈ [-10; 10], in particular A 1 [-8; 8], in particular A 1 ∈ [-5; 5]
- A 2 ∈ [-10; 10], in particular A 2 ∈ [-8; 8], in particular A 2 ∈ [-5; 5]
- A 3 ∈ [-10; 10], in particular A 3 ∈ [-8; 8], in particular A 3 ∈ [-5; 5]; and
- A 4 ∈ [-10; 10], in particular A 4 ∈ [-8; 8], in particular A 4 ∈ [-5; 5].
t 0 beschreibt einen Offset des relativen Einheitsradius zur Einstellung des Scheitelpunktes am Nabentopf, N die Anzahl der Schwingungen über den axialen Einheitsradius, a einen Schwingungskoeffizienten zur Skalierung der Wellenlänge und der Einstellung der Lage des , insbesondere lokalen, Maximum, A1 einen quadratischen Polynomkoeffizienten, A2 einen linearen Polynomkoeffizienten, A3 einen Koeffizienten der axialen Auffädelung, d.h. zur Einstellung des linearen Verlaufs der Hinterkante vom Nabentopf zur Schaufelblattspitze bzw. zum Außenring und A 4 eine relative Basisauslenkung ("Start"-Auslenkung) der Hinterkante am Nabentopf. Die oben genannte Funktion beschreibt die aperiodisch wellige Form des Verlaufs der Relativposition der der Hinterkante POSrel_HK(t). Mithilfe der angegebenen Parameter ist es möglich, den Verlauf der Relativposition der der Hinterkante POSrel_HK(t) an die äußeren Gegebenheiten im Zuge der Lüfterradauslegung anzupassen, um somit eine vorteilhafte Leistungseinsparung bzw. äquivalente Luftvolumenstromerhöhung zu erzielen. t 0 describes an offset of the relative unit radius for setting the vertex at the hub, N the number of oscillations over the axial unit radius, a a vibration coefficient for scaling the wavelength and the adjustment of the position of, in particular local, maximum, A 1 a quadratic polynomial coefficient, A 2 a linear polynomial coefficient, A 3 a coefficient of axial Auffädelung, ie for adjusting the linear course of the trailing edge of the hub cup to the blade tip and the outer ring and A 4 a relative Basisauslenkung ("Start" -Auslenkung) of the trailing edge of the hub pot. The above function describes the aperiodically wavy shape of the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t). Using the specified parameters, it is possible to adapt the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) to the external conditions in the course of the fan wheel design in order to achieve an advantageous power saving or equivalent increase in air volume flow.
Das erfindungsgemäße Lüfterrad nach einer der hier beschriebenen Ausführungen ist insbesondere vorgesehen zum Einsatz in Verbindung mit einer Lüfterzarge mit vorne liegenden Streben, d.h. die Streben liegen in Hauptstromrichtung gesehen vor dem Lüfterrad.The fan according to the invention according to one of the embodiments described here is particularly intended for use in conjunction with a fan cowl with front struts, i. the struts are seen in the main direction of flow in front of the fan.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kühlerlüftermodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lüfterzarge, eine Lüfterradausnehmung, welche in der Lüfterzarge ausgebildet ist, wobei die Lüfterradausnehmung durch einen Zargenring begrenzt wird, einen Motorhalter, welcher innerhalb der Lüfterradausnehmung angeordnet ist und welcher über Streben mit der Lüfterzarge mechanisch verbunden ist, einen Motor, insbesondere Elektromotor, welcher zumindest teilweise in dem Motorhalter gehalten ist, und ein Lüfterrad, welches in der Lüfterradausnehmung angeordnet ist und welches von dem Motor rotatorisch angetrieben wird, wobei das Lüfterrad nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.A further aspect of the present invention relates to a radiator fan module, in particular for a motor vehicle, comprising a fan cowl, a fan wheel recess which is formed in the fan cowl, wherein the fan wheel recess is delimited by a frame ring, a motor holder which is arranged inside the fan wheel recess and which Struts with the fan cowl is mechanically connected, a motor, in particular an electric motor, which is at least partially held in the motor holder, and a fan wheel, which is arranged in the Lüfterradausnehmung and which is rotationally driven by the motor, wherein the fan wheel according to an embodiment of the present Invention is formed.
Ein "Kühlerlüftermodul" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Baugruppe, welche in Strömungsrichtung gesehen vor oder nach einem Kühler eines Fahrzeugs angeordnet ist und welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, welcher sich durch den Kühler hindurch oder um den Kühler herum erstreckt, wobei der Luftvolumenstrom thermische Energie von dem Kühler aufnimmt.A "radiator fan module" in the sense of the present invention is in particular an assembly which, viewed in the flow direction, is arranged before or after a radiator of a vehicle and which is provided, in particular adapted, to generate an air volume flow which passes through or around the radiator extends around the radiator, wherein the air volume flow receives thermal energy from the radiator.
Eine "Lüfterzarge" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Rahmen, in welchem das Lüfterrad gehalten ist, und selbst wiederum bevorzugt an oder in der Nähe eines Kühlers angeordnet, insbesondere befestigt, ist. Eine Lüfterzarge im Sinne der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt ein Kunststoffmaterial, insbesondere einen Kunststoff-Compound, auf, insbesondere ist die Lüfterzarge aus diesem gebildet. Zusätzlich und/oder alternativ weist die Lüfterzarge ein Metallmaterial, zum Beispiel Eisen, Stahl, Aluminium, Magnesium oder dergleichen, auf, insbesondere ist zumindest teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen, insbesondere vollständig, aus diesem gebildet. Nach einer Ausführung kann eine Lüfterzarge auch mehr als eine Lüfterradausnehmung, einen Motorhalter, einen Motor und ein Lüfterrad aufweisen, insbesondere ist die vorliegende Erfindung zum Einsatz in Kühlerlüftermodulen mit zwei oder mehr, insbesondere zwei, Lüfterrädern geeignet. Nach einer Ausführung weist die Lüfterzarge zusätzlich wenigstens eine verschließbare Öffnung, insbesondere wenigstens eine Klappe, insbesondere eine Mehrzahl derselben, auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise weitere Luftführungseigenschaften realisiert werden können.A "fan cowl" in the sense of the present invention is in particular a frame in which the fan wheel is held, and in turn is preferably arranged on or in the vicinity of a radiator, in particular fastened. A fan cowl according to the present invention preferably has a plastic material, in particular a plastic compound, in particular, the fan cowl is formed from this. Additionally and / or alternatively, the fan cowl comprises a metal material, for example iron, steel, Aluminum, magnesium or the like, on, in particular is at least partially, in particular at least substantially, in particular completely, formed from this. According to one embodiment, a fan shroud may also have more than one Lüfterradausnehmung, a motor holder, a motor and a fan, in particular, the present invention is suitable for use in radiator fan modules with two or more, in particular two, fan wheels. According to one embodiment, the fan frame additionally has at least one closable opening, in particular at least one flap, in particular a plurality of the same. This is particularly advantageous since further air-guiding properties can be realized in this way.
Eine "Lüfterradausnehmung" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Materialaussparung innerhalb der Lüfterzarge. In der Lüfterradausnehmung erstrecken sich nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung Streben, welche einen ebenfalls in der Lüfterradausnehmung angeordneten Motorhalter mit der Lüfterzarge mechanisch, insbesondere und elektrisch und/oder elektronisch, verbinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lüfterradausnehmung durch einen Zargenring begrenzt.A "Lüfterradausnehmung" within the meaning of the present invention is in particular a material recess within the fan cowl. In the Lüfterradausnehmung extend according to an embodiment of the present invention struts, which mechanically, in particular and electrically and / or electronically connect a likewise arranged in the Lüfterradausnehmung motor holder with the fan frame. According to the present invention, the Lüfterradausnehmung is limited by a Zargenring.
Ein "Zargenring" im Sinne der vorliegenden Erfindung begrenzt die Lüfterradausnehmung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Lüfterrades, wobei die Ebene insbesondere mit der Erstreckungsrichtung der Lüfterzarge wenigstens im Wesentlichen identisch ist. Der Zargenring kann entweder durch eine Kante der Lüfterradausnehmung gebildet sein und/oder eine sich in axialer Richtung ausdehnende Zylinderfläche aufweisen, welche bevorzugt einteilig mit der Lüfterzarge ausgebildet ist.A "Zargenring" within the meaning of the present invention limits the Lüfterradausnehmung in a plane perpendicular to the axis of rotation of the fan wheel, wherein the plane is at least substantially identical, in particular with the extension direction of the fan cowl. The Zargenring can either be formed by an edge of Lüfterradausnehmung and / or have an expanding cylinder in the axial direction, which is preferably formed integrally with the fan cowl.
Ein "Motorhalter" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zur mechanischen Befestigung des Motors an der Lüfterzarge, insbesondere zur Bereitstellung des dem Lüfterrad entgegenwirkenden Drehmoments. Nach einer Ausführung ist der Motorhalter eine wenigstens im Wesentlichen ringförmige Struktur, in welcher der Motor gehalten ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise eine vorteilhafte Kühlluftströmung durch den Motor nicht beeinträchtigt wird.A "motor holder" in the sense of the present invention is in particular a device for mechanically fixing the motor to the fan cowl, in particular for providing the torque counteracting the fan wheel. According to one embodiment, the motor holder is an at least substantially annular structure in which the motor is held. This is particularly advantageous because in this way an advantageous cooling air flow is not affected by the engine.
"Streben" im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere balken- oder sichelförmige Strukturen, welche eine mechanische Verbindung zwischen dem Motorhalter und der Lüfterzarge bereitstellen. Beispielhaft können die Streben einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen, um vorteilhafte aerodynamische und/oder akustische Effekte zu erzielen."Struts" in the sense of the present invention are in particular beam or crescent-shaped structures which provide a mechanical connection between the engine mount and the fan cowl. By way of example, the struts may have a drop-shaped cross section in order to achieve advantageous aerodynamic and / or acoustic effects.
Ein "Motor" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Maschine, die mechanische Arbeit verrichtet, indem sie eine Energieform, zum Beispiel thermische/chemische oder elektrische Energie, in Bewegungsenergie, insbesondere ein Drehmoment, umwandelt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf diese Weise die Lüfterzarge bis auf die Zufuhr von Energie wenigstens im Wesentlichen autark betrieben werden kann, das heißt ohne von extern mit Bewegungsenergie versorgt zu werden, wie zum Beispiel über einen Keil- oder Zahnriemen.A "motor" in the sense of the present invention is in particular a machine that performs mechanical work by converting an energy form, for example thermal / chemical or electrical energy, into kinetic energy, in particular a torque. This is particularly advantageous, since in this way the fan cowl can be operated at least substantially independently, except for the supply of energy, that is, without being supplied externally with kinetic energy, such as a wedge or toothed belt.
Ein "Elektromotor" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein elektromechanischer Wandler (elektrische Maschine), der elektrische Leistung in mechanische Leistung, insbesondere in ein Drehmoment, umwandelt. Der Begriff Elektromotor im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst, ist aber nicht beschränkt auf Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren und Drehstrommotoren bzw. bürstenbehaftete und bürstenlose Elektromotoren bzw. Innenläufer- und Außenläufermotoren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da elektrische Energie eine im Vergleich zu mechanischer oder chemischer Energie leicht zu übertragende Energieform darstellt, mit welcher das erforderliche Drehmoment zum Antrieb des Lüfterrades bereitgestellt wird.An "electric motor" in the sense of the present invention is an electromechanical converter (electric machine), which converts electrical power into mechanical power, in particular into a torque. The term electric motor within the meaning of the present invention includes, but is not limited to, DC motors, AC motors and three-phase motors or brushless and brushless electric motors or internal rotor and external rotor motors. This is particularly advantageous since electrical energy represents an energy form that is easy to transmit compared to mechanical or chemical energy, with which the required torque is provided for driving the fan wheel.
Für die Vorteile eines derart ausgestalteten Kühlerlüftermoduls sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen.For the advantages of such a designed radiator fan module reference is made to avoid repetition of the above statements.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Streben des Kühlerlüftermoduls in Strömungsrichtung gesehen vor dem Lüfterrad angeordnet. Dies ist insbesondere relevant, da vorne- und hintenliegende Streben zu voneinander wesentlich verschiedenen aerodynamischen Rahmenbedingungen führen und das hier beschriebene Lüfterrad besonders vorteilhaft bei vorneliegenden Streben eingesetzt werden kann, wie umfangreiche Versuche ergaben.According to one embodiment of the present invention, the struts of the radiator fan module are arranged in front of the fan as seen in the flow direction. This is particularly relevant, since front and rear struts lead to substantially different aerodynamic conditions and the fan described here can be used particularly advantageously in vorne leaning struts, as extensive experiments showed.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Lüfterrades der hier beschriebenen Art oder eines Kühlerlüftermoduls der hier beschriebenen Art in einem Kraftfahrzeug. Dies ist insbesondere wesentlich, da die hier beschriebene Art eines Lüfterrades in besonders vorteilhafter Weise mit den äußeren Bedingungen am Einbauort zum Tragen kommt.Another aspect of the present invention relates to the use of a fan wheel of the type described herein or a radiator fan module of the type described herein in a motor vehicle. This is particularly important because the type of a fan wheel described here comes into play in a particularly advantageous manner with the external conditions at the installation.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- Fig. 1A
- ein Lüfterrad aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Oberseite;
- Fig. 1B
- eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt des bekannten Lüfterrades der
Fig. 1A mit Blickrichtung aus der Referenzebene in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Oberseite des Lüfterrades nach unten weist; - Fig. 2A
- ein Lüfterrad nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Oberseite;
- Fig. 2B
- eine Vorderansicht auf ein Schaufelblatt des Lüfterrades der
Fig. 2A mit Blickrichtung aus der Referenzebene in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Oberseite des Lüfterrades nach unten weist; - Fig. 3
- ein Lüfterrad aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung zur Beschreibung einer Referenzebene;
- Fig. 4
- den Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) und der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) über den relativen Einheitsradius eines Lüfterrades gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 5
- einen Vergleich eines vorbekannten Lüfterrades mit einem Lüfterrad nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 6
- ein Kühlerlüftermodul mit dem Lüfterrad gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 1A
- a fan from the prior art in a perspective view overlooking the top;
- Fig. 1B
- a front view of an airfoil of the known fan of the
Fig. 1A with view from the reference plane in a perspective view, the top of the fan wheel facing down; - Fig. 2A
- a fan according to an embodiment of the present invention in a perspective view facing the top;
- Fig. 2B
- a front view of an airfoil of the fan wheel of
Fig. 2A with view from the reference plane in a perspective view, the top of the fan wheel facing down; - Fig. 3
- a fan wheel of the prior art in a perspective view for describing a reference plane;
- Fig. 4
- the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) on the relative unit radius of a fan wheel according to an embodiment of the present invention;
- Fig. 5
- a comparison of a prior art fan with a fan wheel according to an embodiment of the present invention; and
- Fig. 6
- a radiator fan module with the fan according to the present invention according to the second aspect of the present invention.
Das Lüfterrad 1 weist gemäß den
Bezüglich der
Wie den
Im Vergleich zu Ausführungen eines Lüfterrades 1 gemäß dem Stand der Technik (siehe
Bezüglich der Perspektive der Schnittansicht sei auf die folgenden Ausführungen zur
Im Folgenden soll die Betrachtungsebene zur Beschreibung von Vorderkante VK und Hinterkante HK definiert werden. Das in
Ausgehend von der Rotationsachse R wird eine Referenzgerade G_REF definiert durch einen ersten Punkt P1 auf der Rotationsachse R des Lüfterrades 1, eine radiale Erstreckung E durch den ersten Punkt P1 und senkrecht zu der Rotationsachse R und einen zweiten Punkt P2, welcher eine kreisbogenförmige Kante am Übergang von dem Nabentopf 10 zu dem Schaufelblatt 30 in zwei gleich lange Abschnitte unterteilt. Mit anderen Worten: Es wird derjenige Radius ermittelt, welcher durch den Punkt P2 verläuft. Der Punkt P2 stellt den Mittelpunkt der Übergangskante von Nabentopf 10 zu Schaufelblatt 30 dar, insbesondere der dem Topfboden zugewandten Kante des Schaufelblattes 30. Eine andere wenigstens im Wesentlichen identische Definition von P2 lässt sich über einen Winkel herleiten: Benötigt werden zwei Hilfsradien, wobei der erste Hilfsradius durch P1 und einem dritten Punkt P3 der Übergangskante zwischen zylinderförmiger Außenwand und Schaufelblatt verläuft und einem zweiten Hilfsradius, welcher durch einen vierten Punkt P4 der Übergangskante von dem Nabentopf 10 zu dem Schaufelblatt 30 verläuft und aus diesem Winkel, welcher zwischen den beiden Hilfsradien eingeschlossen ist, die Winkelhalbierende gebildet wird. Der Punkt, an welchem besagte Winkelhalbierende die zylinderförmige Außenwand 12 schneidet, insbesondere an einer Außenseite derselben, ist P2. Ausgehend von G_REF wird eine Referenzebene E_REF definiert durch eine zur Rotationsachse R parallel verschobene Gerade und eine zur Referenzgerade G_REF parallel verschobene Gerade, wobei die Verschiebung dergestalt ist, dass sich diese in Drehrichtung D des Lüfterrades 1 betrachtet vollständig vor dem Schaufelblatt 30 befindet. Auf der Referenzebene E_REF ist eine Orthogonalprojektion der Vorderkante VK des Schaufelblattes 10 und eine Orthogonalprojektion der Hinterkante HK des Schaufelblattes 10 abgebildet. Die Blickrichtung B zeigt, wie in den
In der Referenzebene E_REF wird ein Koordinatensystem bestehend aus z-Achse und y-Achse aufgespannt. Dies ist für die Beschreibung des Verlaufs der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) und des Verlaufs der Relativposition der Hinterkante POS rel_HK(t)maßgeblich. Die z-Achse ist definiert durch eine Orthogonalprojektion der Rotationsachse R in der Referenzebene E_REF, welche in einem zweiten Schritt in der Referenzebene E_REF ausgehend von der Orthogonalprojektion der Rotationsachse R um einen Außenradius Ri des Nabentopfes 10 in radialer Richtung nach außen parallel verschoben ist. Mit anderen Worten: Die z-Achse ist in ihrer Ausrichtung unverändert, wird jedoch in zwei Schritten parallel verschoben, nämlich einmal durch die Orthogonalprojektion auf die Referenzebene E_REF und dann durch die Verschiebung in der Referenzebene E_REF um Ri. Das bedeutet, dass die z-Achse durch die Orthogonalprojektion von P2 auf E_REF verläuft. Die y-Achse ist definiert durch eine Orthogonalprojektion der radialen Erstreckung E in der Referenzebene E_REF. Der Ursprung dieses y-z-Koordinatensystems ist durch den Schnittpunkt der beiden Achsen definiert.In the reference plane E_REF, a coordinate system consisting of z-axis and y-axis is spanned. This is decisive for the description of the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_ HK ( t ). The z-axis is defined by an orthogonal projection of the axis of rotation R in the reference plane E_REF, which is displaced in a second step in the reference plane E_REF from the orthogonal projection of the axis of rotation R by an outer radius R i of the
Auf der y-Achse ist ein relativer Einheitsradius t(r) angetragen, welcher wie folgt definiert ist:
- Ri
- ein Außenradius des Nabentopfes 10 ist, was insbesondere wenigstens im Wesentlichen einem Innenradius des Schaufelblattes 30 entspricht;
- Ra
- ein Außenradius des Schaufelblattes 30 ist; und
- r
- der Abstand zwischen der Rotationsachse R und der zu betrachtenden Schnittebene S, welche im Abstand r von der Rotationsachse R auf der zugehörigen Referenzgerade G_REF senkrecht steht, wobei r ∈[Ri;Ra ].
- R i
- is an outer radius of the
hub pot 10, which corresponds in particular at least substantially to an inner radius of theblade 30; - R a
- an outer radius of the
airfoil 30 is; and - r
- the distance between the axis of rotation R and the sectional plane S to be considered, which is perpendicular at a distance r from the axis of rotation R on the associated reference line G_REF, where r ∈ [ R i ; R a ] .
Die horizontale Achse entspricht der oben beschriebenen y-Achse und die vertikale Achse entspricht der oben beschriebenen z-Achse. Auf der horizontalen Achse ist der relative Einheitsradius t(r) angetragen.The horizontal axis corresponds to the y-axis described above, and the vertical axis corresponds to the z-axis described above. On the horizontal axis, the relative unit radius t (r) is plotted.
Auf der vertikalen Achse ist der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSreL_VK(t) und der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) jeweils in normierter Form angetragen.On the vertical axis, the profile of the relative position of the leading edge POS reL_VK (t) and the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) are each presented in standardized form.
Die Relativposition der Vorderkante POSreL_VK(t) ergibt sich durch
Es ist zu sehen, dass der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum aufweist und der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSreL_VK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist.It can be seen that the profile of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) ranges from 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t (r ) of the airfoil (30), in particular local, maximum and the course of the relative position of the leading edge POS reL_VK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5 %, of the relative unit radius t (r) of the airfoil (30), in particular local minimum.
Wie der beispielhaften Ausführungsform der
Wie der
Der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) der exemplarischen Ausführungsform der
- t 0 ∈[0;0,5]
- N ∈[1;8]
- a ∈[-1,5;1,5]
- A 1 ∈[-10;10]
- A 2 ∈[-10;10]
- A 3 ∈[-10;10] und
- A 4 ∈[-10;10].
- t 0 ∈ [0, 0.5]
- N ∈ [1; 8]
- a ∈ [-1,5; 1,5]
- A 1 ∈ [-10; 10]
- A 2 ∈ [-10; 10]
- A 3 ∈ [-10; 10] and
- A 4 ∈ [-10; 10].
Der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) der exemplarischen Ausführungsform der
- t 0 ∈[0;0,5]
- N ∈[1;8]
- a ∈[-1,5;1,5]
- A 1 ∈[-10;10]
- A 2 ∈[-10;10]
- A 3 ∈[-10;10] und
- A 4 ∈[-10;10]
- t 0 ∈ [0, 0.5]
- N ∈ [1; 8]
- a ∈ [-1,5; 1,5]
- A 1 ∈ [-10; 10]
- A 2 ∈ [-10; 10]
- A 3 ∈ [-10; 10] and
- A 4 ∈ [-10; 10]
Der in
- t 0 = 0,04
- N = 4
- a = 0
- A 1 = 0
- A 2 = 2
- A 3 = 4 und
- A 4 = 0.
- t 0 = 0.04
- N = 4
- a = 0
- A 1 = 0
- A 2 = 2
- A 3 = 4 and
- A 4 = 0.
Der in
- t 0 = 0,04
- N = 4
- a = 0
- A 1 =0
- A 2 =2
- A 3 =-5 und
- A 4 = 0.
- t 0 = 0.04
- N = 4
- a = 0
- A 1 = 0
- A 2 = 2
- A 3 = -5 and
- A 4 = 0.
Die
Dargestellt werden:
- eine Druckzahl Ψ, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser DW, der Luftdichte ρ und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl das durch das Lüfterrad erzeugte Totaldruckgefälle Δpt (setzt sich zusammen aus statischen und dynamischen Anteilen) zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Seite desselben beschreibt:
- eine Leistungszahl λ, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser DW, der Luftdichte ρ und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl eine Eingangs-Leistung Pwel beschreibt:
- a pressure factor Ψ, which as dimensionless, of effective fan diameter D W , the air density ρ and the rotational speed n independent Characteristic number the total pressure gradient Δp t generated by the fan wheel (made up of static and dynamic portions) between the upstream and the downstream side of the same:
- a coefficient of performance λ, which describes an input power P wel as dimensionless, independent of effective fan diameter D W , the air density ρ and the rotational speed n:
Des Weiteren wird dargestellt:
ein Gesamt-Wirkungsgrad η, welcher die Eingangs-Leistung Pwel mit dem erzeugten Totaldruckgefälle Δpt über den geförderten Volumenstrom V̇ in Beziehung setzt.
an overall efficiency η which relates the input power P wel with the generated total pressure drop Δp t via the delivered volume flow V̇ .
Auf der x-Achse des Diagramms ist eine Volumenzahl ϕ angetragen, welche als dimensionslose, von wirksamem Lüfterraddurchmesser DW und der Drehzahl n unabhängige Kennzahl den geförderten Volumenstrom V̇ beschreibt:
Mit anderen Worten: Die angegebenen Kennzahlen werden mit der Kreiszahl π, der Luftdichte ρ in kg/m3, dem wirksamen Durchmesser (Dw = 2Ra ) in m und der Drehzahl n in 1/s entdimensioniert. Somit ist die Vergleichbarkeit mit nicht-baugleichen Lüfterrädern gegeben.In other words: The given indices are diminished with the circle number π , the air density ρ in kg / m 3 , the effective diameter ( D w = 2 R a ) in m and the speed n in 1 / s. Thus, the comparability with non-identical fan wheels is given.
Wie zu erkennen ist, wird bei nahezu gleicher Leistung (ähnliche Leistungszahl) eine höhere Druckzahl (=>Totaldruckerhöhung) erzielt, sodass sich eine deutliche Wirkungsgradsteigerung im relevanten Volumenzahl-Bereich ergibt.As can be seen, with almost the same power (similar coefficient of performance), a higher pressure factor (=> total pressure increase) is achieved, resulting in a significant increase in efficiency in the relevant volume number range.
Das Kühlerlüftermodul 100 weist eine Lüfterzarge 2 auf, wobei eine Lüfterradausnehmung 40 in der Lüfterzarge 2 ausgebildet ist, welche durch einen Zargenring 42 begrenzt wird. Ein Motorhalter (vom Nabentopf 10 verdeckt) ist innerhalb der Lüfterradausnehmung 40 angeordnet und über Streben 44 mit der Lüfterzarge 2 mechanisch verbunden. In dem Motorhalter ist ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, zumindest teilweise gehalten (ebenfalls vom Nabentopf 10 verdeckt). Ein Lüfterrad 1 ist in der Lüfterradausnehmung 40 angeordnet und wird von dem Motor rotatorisch angetrieben. Das Lüfterrad 1 entspricht einer Ausführung eines Lüfterrades 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Zur detaillierten Ausgestaltung des Lüfterrades 1 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die Streben 44 sind gemäß der Ausführungsform der
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Insbesondere ist eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lüfterzarge auch geeignet, Abwärme aus Komponenten eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs abzuführen. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Claims (12)
einen, insbesondere um eine Rotationsachse (R) rotationssymmetrischer, Nabentopf (10); und
eine Mehrzahl von Schaufelblättern (30), welche an dem Nabentopf (10) angeordnet sind und sich von einer, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylinderförmigen, Außenwand (12) des Nabentopfs (10) in radialer Richtung nach außen erstrecken,
wobei jedes Schaufelblatt (30) eine Vorderkante (VK) und eine Hinterkante (HK) aufweist,
wobei für wenigstens ein Schaufelblatt (30), insbesondere einige der Schaufelblätter (30), insbesondere alle Schaufelblätter (30), gilt:
wobei der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSreL_VK(t) und/oder der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) eine aperiodisch wellige Form aufweist.Fan (1), in particular for a motor vehicle, comprising
a, in particular about an axis of rotation (R) rotationally symmetrical, hub pot (10); and
a plurality of blade leaves (30), which are arranged on the hub pot (10) and extend radially outwardly from a, in particular at least substantially cylindrical, outer wall (12) of the hub pot (10),
each blade (30) having a leading edge (VK) and a trailing edge (HK),
wherein for at least one airfoil (30), in particular some of the airfoils (30), in particular all airfoils (30), the following applies:
wherein the course of the relative position of the leading edge POS reL_VK (t) and / or the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) has an aperiodically wavy shape.
die Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) auf einen dritten Punkt (P3) rückbezogen ist, welcher in Drehrichtung (D) des Lüfterrades (1) betrachtet der vorderste Punkt am Übergang von dem Nabentopf (10) zu dem Schaufelblatt (30) ist; und/oder
die Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) auf einen vierten Punkt (P4) rückbezogen ist, welcher in Drehrichtung (D) des Lüfterrades (1) betrachtet der hinterste Punkt am Übergang von dem Nabentopf (10) zu dem Schaufelblatt (30) ist.Fan wheel according to claim 1, wherein
the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) is referenced to a third point (P3) which, viewed in the direction of rotation (D) of the fan wheel (1), is the foremost point at the transition from the hub cup (10) to the airfoil (30); and or
the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) is referenced to a fourth point (P4), which in the direction of rotation (D) of the fan wheel (1) is the rearmost point at the transition from the hub pot (10) to the blade (30).
der Verlauf der Relativposition der Hinterkante POSrel_HK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Maximum aufweist; und/oder
der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) im Bereich von 80 % bis 100 %, insbesondere 90 % bis 100 %, insbesondere 92,5 % bis 97,5 %, des relativen Einheitsradius t(r) des Schaufelblattes (30) ein, insbesondere lokales, Minimum aufweist.Fan wheel according to one of the preceding claims, wherein
the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t (r) of the airfoil (30) a, in particular local, maximum has; and or
the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) in the range of 80% to 100%, in particular 90% to 100%, in particular 92.5% to 97.5%, of the relative unit radius t (r) of the airfoil (30) a, in particular local, minimum has.
der Verlauf der Relativposition der Vorderkante POSrel_VK(t) in y-Richtung nach dem, insbesondere lokalen, Minimum keinen oder höchstens einen Hochpunkt aufweist.Fan wheel according to the preceding claim, wherein the course of the relative position of the trailing edge POS rel_HK (t) in the y-direction after the, in particular local, maximum has no or at most one low point; and or
the course of the relative position of the leading edge POS rel_VK (t) in the y-direction after the, in particular local, minimum has no or at most one high point.
das Lüfterrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Radiator fan module (100), in particular for a motor vehicle, comprising:
the fan wheel (1) is designed according to one of the preceding claims.
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