Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit einem Lüfterrad zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie im Oberbegniff von Anspruch 1 definiert. Ein solcher Lüfter ist z.B. aus der
In Lüftungs- oder Klimagebläsen werden häufig Lüfter mit halbaxialen Lüfterrädern verwendet, die gegenüber rein axialen und rein radialen Lüfterrädern einen höheren Wirkungsgrad aufweisen können. Ein halbaxiales Lüfterrad stellt eine Kombination aus einem axialen und einem radialen Lüfterrad dar. Ein axialer Abschnitt des Lüfterrades saugt die zu fördernde Luft nach Art eines Propellers aus einer parallel zur Drehachse liegenden Richtung an. Ein radialer Abschnitt des Lüfterrades strömt die bereits angesaugte Luft nach Art einer Zentrifuge in radialer Richtung ab.
Um Luft, welche den axialen Abschnitt eines halbaxialen Lüfterrades passiert hat, zum radialen Abschnitt umzulenken, ist im Bereich zwischen den beiden Abschnitten ein Ablenkelement angebracht. Das Ablenkelement ist gewöhnlich an einem Lüftermotor befestigt und kann zum Beispiel kegelige Form haben. Die sich in radialer Richtung erstreckenden Abströmschaufeln des axialen Teils des halbaxialen Lüfterrades liegen an dem feststehenden Ablenkelement nicht an, um Reibungsverluste und eine Geräuschentwicklung zu minimieren. Durch den hierdurch bedingten Spalt zwischen den Enden der Abströmschaufeln und dem Ablenkelement entweicht ein gewisser Anteil der angesaugten Luft, statt ausschließlich zwischen Abströmschaufeln hindurch das Lüfterrad in radialer Richtung zu verlassen. Der Wirkungsgrad eines solchen halbaxialen Lüfterrades bleibt daher unter einem möglichen Maximum zurück.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad anzugeben, das diesen Nachteil überwindet und darüber hinaus leicht herzustellen ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lüfter mit Lüfterrad nach Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9. Unteransprüche geben vorteilhafte bzw. mögliche zusätzliche Merkmale an.
Im Unterschied zu bekannten halbaxialen Lüfterrädern folgt das Ablenkelement der Drehbewegung des Lüfterrades bezüglich eines Lüftermotors. Die Verbindung des Ablenkelementes mit wenigstens einer Abströmschaufel erlaubt es, einen Spalt zwischen der Abströmschaufel und dem Ablenkelement zu eliminieren, und so dafür zu sorgen, dass die abgeströmte Luft beim Abströmen die gewünschte Richtung und Geschwindigkeit aufgeprägt erhält. Insbesondere können mehrere oder alle Abströmschaufeln mit dem Ablenkelement verbunden sein, so dass alle abgeströmte Luft zwischen Abströmschaufeln passieren muss.
Wenigstens eine der Saugschaufeln ist einstückig mit einer Abströmschaufel ausgebildet. Die kombinierte Saug- und Abströmschaufel weinen einen augabschnitt und einen Abströmabschnitt auf. Eine der Begrenzungsflächen der kombinierten kombinierte Saug- und Abströmschaufel kann teilweise oder auf voller Länge am Ablenkelement anliegen. Die Zahl der Abströmschaufeln kann auch größer oder kleiner als die Zahl der Saugschaufeln sein. Beispielsweise können zusätzlich zu kombinierten Saug- und Abströmschaufeln weitere diskrete Abströmschaufeln im Lüfterrad ausgebildet sein. In einer Ausführungsform umfasst das Lüfterrad doppelt so viele Abströmschaufeln wie kombinierte Luftschaufeln. In entsprechender Weise kann auch die Zahl der Saugschaufeln die Zahl der Abströmschaufeln übersteigen.
Das Ablenkelement kann mittels einer Passverbindung mit der Abströmschaufel verbunden sein. Dies ist vor allem bei einer Fertigung von Lüfterrädern in großen Stückzahlen vorteilhaft, wo durch einen einfachen Arbeitsschritt eine form- bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ablenkelement und den Abströmschaufeln geschaffen werden soll. Die Passverbindung kann beispielsweise Zapfen und zu diesen korrespondierende Aussparungen aufweisen. Alternativ dazu kann beispielsweise das Ablenkelement eine umlaufende Kante aufweisen, in die mehrere Abströmschaufeln eingreifen. Es sind auch andere form- bzw. kraftschlüssige Verbindungen zwischen dem Ablenkelement und den Abströmschaufeln möglich, beispielsweise Einrasten, Verkleben, Vernieten, Verschrauben, Verschweißen, Verlöten, Verkeilen oder Verstemmen.
Die Saugschaufeln und die Abströmschaufeln bilden ein einstückiges Element des Lüfterrads. Ein solches einstückiges Element weist zusätzlich eine Nabe und Versteifungselemente auf, die einem Umfang oder einer Umfangskontur des Lüfterrades folgen. In einer Ausführungsform umfasst das Versteifungselement einen hohlzylindrischen Abschnitt, der die Saugschaufeln in radialer Richtung nach außen begrenzt.
Das einstückige Element kann bezüglich einer zur Drehachse radialsymmetrischen Teilungsfläche hinterschneidungsfrei sein. Beispielsweise kann das einstückige Element in einem Guss- oder Spritzgussverfahren in einer Dauerform herstellbar sein, die entlang der Teilungsfläche teilbar ist, so dass das einstückige Element aus der Dauerform entformbar ist. Die Teilungsfläche kann ein Abschnitt einer senkrecht auf der Drehachse stehenden Ebene sein. Durch die Wahl einer zur Drehachse radialsymmetrischen Teilungsfläche kann das einstückige Element vorteilhaft so ausgebildet sein, dass weder Saugschaufeln noch Abströmschaufeln beim Entformen aus der Dauerform hinderlich sind. Auch eventuelle, das Lüfterrad versteifende Strukturen, wie beispielsweise die Nabe oder die Versteifungsfläche, sind so ausgeformt, dass sie das Entformen nicht behindern. Dadurch lässt sich zur Produktion hoher Stückzahlen von Lüfterrädern eine Dauerform verwenden, die lediglich zwei Teile und keine Schieber umfasst.
Der Lüfter kann ferner einen Lüftermotor mit einer das Lüfterrad lagernden Achse umfassen, wobei ein Antriebsmoment mittels des Ablenkelements vom Lüftermotor an das Lüfterrad übertragen wird. Das Lüfterrad kann beispielsweise an die Achse oder eine nabenseitige Aufnahme der Achse angespritzt sein. Die Achse kann mit einem Stator oder einem Rotor des Lüftermotors verbunden sein, wobei die Achse einseitig oder zweiseitig drehbar gelagert sein kann. Insbesondere kann die Achse dazu eingerichtet sein, Scher-, Biege-, Zug- und/oder Schubkräfte zwischen dem Lüfterrad und dem Stator oder Rotor des Lüftermotors zu übertragen, ohne an einer Übertragung des Antriebsmoments vom Lüftermotor zum Lüfterrad beteiligt zu sein. Durch Einleiten des Antriebsmoments in das Lüfterrad mittels des Ablenkelements muss das Antriebsmoment nicht mittels der Saugschaufeln an die Abströmschaufeln übertragen werden, weshalb die Saugschaufeln auf Strömungsgünstigkeit optimiert geformt sein können, ohne durch Festigkeitserfordernisse beeinflusst zu sein.
Der Lüftermotor kann einen mit dem Ablenkelement kraftschlüssig verbundenen Außenrotor (Außenläufer) umfassen. Durch die Bauform des Außenläufers kann das Antriebsmoment in relativ großem radialen Abstand von der Drehachse in das Ablenkelement eingebracht werden, wo die Hebelkräfte gering sind, wodurch eine strukturelle Belastung für das Ablenkelement gering gehalten ist. Zusätzlich kann ein vom Außenrotor umschlossener Stator des Lüftermotors einen Raum auf der dem Lüfterrad abgewandten Seite des Ablenkelements optimal ausfüllen, so dass der Lüfter besonders kompakt aufgebaut sein kann.
Der Außenrotor kann einen oder mehrere Permanentmagneten umfassen. Durch die relativ große Masse des Permanentmagneten in einem relativ großen Abstand zur Drehachse des Lüfterrades ist die Rotationsträgheit des Lüfterrades hoch, wodurch die Rotation des Lüfterrades beim Antrieb durch den Lüftermotor gedämpft und dadurch gleichförmiger wird. So können Geräuschentwicklungen beim Antrieb des Lüfterrades durch alternierend aktivierte Wicklungen des Stators minimiert werden.
Nach einem zweiten Aspekt umfasst ein Kraftfahrzeug einen Lüfter mit dem oben beschriebenen Lüfter.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
Häufig sind der Ansaugtrakt 120 und der Verteiltrakt 140 in einem gemeinsamen Trakt integriert ausgeführt. Der Lüfter 130 kann nach Art einer Kartusche in den Ansaugtrakt 120, den Verteiltrakt 140 oder den gemeinsamen Trakt einsetzbar sein. In der Umgebung des Lüfters 130 kann der Trakt ein Element aufweisen, das eine radiale Strömungsrichtung von aus dem Lüfterrad 150 abgeströmter Luft in eine lineare Strömungsrichtung umsetzen, beispielsweise eine Druckerhöhungsspirale, die zudem die abgeströmte Luft verdichtet.
Das Lüfterrad 150 umfasst Saugschaufeln 210 mit Eintrittskanten 220 und Abströmschaufeln 230 mit Abströmkanten 240. Die Saugschaufeln 210 erstrecken sich von einer Nabe 250 des Lüfterrads radial nach außen zu einer Versteifungsfläche 260 des Lüfterrads 150, die einem Teil der Umfangskontur des Lüfterrads 150 folgt. Die Saugschaufeln 210 sind derart ausgeformt, dass bei Rotation des Lüfterrades 150 Luft in axialer Richtung von unten eingesaugt wird. Die Saugschaufeln 210 gehen in Abströmschaufeln 230 über, die entlang der Versteifungsfläche 260 in Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Abströmschaufeln 230 beschleunigen, wenn das Lüfterrad 150 in Drehung versetzt ist, Luft, die die Saugschaufeln 210 in axialer Richtung passiert hat, in Umfangsrichtung, so dass die beschleunigte Luft aufgrund einer Zentrifugalwirkung in radialer Richtung an den Abströmkanten 240 abgeströmt wird. Im Bereich der Abströmkanten 240 können die Abströmschaufeln 230 zum verbesserten Abströmen sichelförmig gebogen sein.
Die integriert ausgebildeten Saug-/Abströmschaufeln 210, 230 grenzen oben an ein Ablenkelement 270. Das Ablenkelement 270 ist im Bereich der Nabe 250 ringförmig ausgebildet und mittels einer Passverbindung mit den Schaufeln 210, 230 bzw. mit der Nabe 250 verbunden. Zusätzlich tragen die zwei in dieser Ansicht sichtbaren Abströmschaufeln 230 im Bereich ihrer Abströmkanten 240 Langlöcher 290, in die korrespondierenden Zapfen 280 der Ablenkeinrichtung 270 eingepasst, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ablenkelement 270 und den Abströmschaufeln 280 hergestellt ist.
Der Lüftermotor 160 umfasst einen Stator 310 und einen Außenrotor 320 mit einem Permanentmagnet 330. Der Außenrotor 320 ist einstückig mit dem Ablenkelement 270 ausgebildet und nimmt den Permanentmagnet 330 auf. Der Permanentmagnet 330 kann in den Außenrotor 320 eingepasst, eingepresst und/oder eingeklebt sein. Ein zwischen dem Stator 310 und dem Permanentmagnet 330 bestehendes Drehmoment wird mittels des Außenrotors 320 unmittelbar an das Ablenkelement 270 und von dort in die Abströmschaufeln 230 eingeleitet, so dass das Lüfterrad 150 um den Stator 160 angetrieben wird. Der Stator 310 ist drehstabil mit einer umgebenden Struktur verbindbar, um den Lüfter 130 beispielsweise im Ansaugtrakt 120 und/oder im Verteiltrakt 140 zu befestigen.
Die Achse 300 ist drehfest mit der Nabe 250 und mit dem Ablenkelement 270 verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Pressen, Rasten oder durch eine Passverbindung hergestellt sein; die Nabe 250 kann an die Achse 300 auch angespritzt oder angegossen sein. An ihrer oberen Seite ist die Achse 300 am Stator 310 des Lüftermotors 160 drehbar gelagert. Die Achse 300 stellt eine Fixierung des Lüftermotors 160 bezüglich des Lüfterrades 150 in axialer Richtung sicher. Zusätzlich überträgt die Achse 300 Kipp-, Biege- und Scherkräfte zwischen dem Lüfterrad 150 und dem Stator 310 des Lüftermotors 160. Durch die drehbare Lagerung im Stator 310 überträgt die Achse 300 jedoch kein Drehmoment und insbesondere kein Antriebsmoment vom Lüftermotor 160 zum Lüfterrad 150.
Das einstückige Element 340 ist derart aufgebaut, dass es leicht in einem Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt und anschließend unproblematisch aus der Gussform bzw. Spritzgussform entformt werden kann. Eine Dauerform zur Herstellung des integrierten Formteils 240 kann einen oberen und einen unteren Abschnitt umfassen, wobei eine Trennungsfläche zwischen den Abschnitten in einer radialen Ebene des Elements 340 verlaufen oder wenigstens abschnittsweise der oberen Kontur der Schaufeln 210/230 folgen kann.
Zur Herstellung des Lüfterrades 150 kann das Ablenkelement 270 aus
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