Die Erfindung betrifft einen Radiallüfter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Radiallüftern mit axialem Einströmen und radialem Ausströmen sind üblicherweise Spiralgehäuse vorgesehen, welche der Geschwindigkeitsverzögerung, der Luftführung und der Luftumlenkung dienen.

Aus der DE 10 2009 033 776 A1 ist ein Radiallüftergehäuse bekannt, bei dem das Gehäuse einen ersten Wandbereich mit nicht-linearer Erweiterung, insbesondere in Gestalt einer logarithmischen Erweiterung, und einen zweiten Wandbereich mit linearer Erweiterung aufweist.

Die DE 32 38 913 C2 offenbart ein Gehäuse, das sich in einem ersten Bereich entsprechend einer logarithmischen Spirale erweitert, in einem zweiten Bereich äquidistant zum Laufrad verläuft, und in einem dritten Bereich wieder spiralförmig bis zum Luftauslass erweitert.

In der US 6,439,839 B1 ist ein Radiallüfter offenbart, dessen Gehäuse sich in einem ersten Bereich in einem geringeren Winkel als dem einer durchgängigen archimedischen Spirale vergrößert, und einem zweiten Bereich in einem größeren Winkel als diese archimedische Spirale vergrößert.

Durch Benutzung ist ferner der im Folgenden näher beschriebene Radiallüfter bekannt. Der Radiallüfter weist ein Laufrad mit einem Laufradaußendurchmesser Da auf, welches in einem Gehäuse drehbar gelagert und von einem in axialer Richtung des Laufrads angeordneten Elektromotor antreibbar ist. Zwischen der in radialer Richtung angeordneten Wand des Gehäuses und dem Laufrad ist ein Kanal ausgebildet, der sich in Abhängigkeit eines Winkels zum Anfang des Kanals bis zu einem Austritt erweitert. Der Anfang des Kanals (ϕ = 0°) wird durch den engsten Bereich zwischen dem Laufrad und einer Zunge definiert

Die innere Grenze des Kanals wird durch den Außenumfang des Laufrads definiert. Der Verlauf der äußeren Grenze des Kanals in Bezug auf die Drehachse des Laufrads besteht beim bekannten Radiallüfter aus mehreren Spiralsegmenten, welche um die Drehachse des Laufrads angeordnet sind:

1. 1. 0° ≤ ϕ ≤ 30° - Kreisbogen mit in Bezug auf die Drehachse des Laufrads versetztem Mittelpunkt
2. 2. 30° < ϕ ≤ 219° - lineare Zunahme des Spiralradius mit dem Winkel ϕ
3. 3. tangentialer Übergang in Gestalt eines Kreissegments mit versetztem Mittelpunkt in Bezug auf die Laufraddrehachse
4. 4. 219° < ϕ ≤ 289° - quadratische Zunahme des Spiralradius (Polynom 2. Grades)
5. 5. 289° ≤ ϕ ≤ 309° - Kreisbogen mit versetztem Mittelpunkt in Bezug auf die Laufraddrehachse
6. 6. Gerade als Austritt

Zusätzlich sind eine sogenannte schräge Zunge zargenseitig, eine vertikale schräge Zunge motorseitig und ein Zargenring vorgesehen.

Derartige herkömmliche Radiallüfter haben üblicherweise Laufradaußendurchmesser Da von 50 mm bis 205 mm und Gebläsebreiten von 24 mm bis 150 mm

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radiallüfter mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere in Hinblick auf die Geräuschbildung bei begrenztem Bauraum, zur Verfügung zu stellen. Ferner soll aus Radiallüftem bekannter Ausgestaltung und Abmessung (s.o. durch Benutzung bekannter Stand der Technik) für den entsprechenden, zur Verfügung stehenden Bauraum ein verbesserter Radiallüfter entwickelt werden, welcher einen besseren Wirkungsgrad hat.

Diese Aufgabe wird durch einen Radiallüfter mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zur Dimensionierung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, dass auf Grundlage eines bekannten Radiallüfters das Gehäuse einfach an leicht veränderte Bauraumverhältnisse angepasst werden kann, lassen sich Kosten für die Entwicklung des Gehäuses und damit des Radiallüfters verringem. Hierbei wird das bekannte Gebläse mit einem Skalierungsfaktor verkleinert und als Grundlage für die Dimensionierung eines erfindungsgemäßen Gebläses, wie in den Ansprüchen beschrieben, genutzt. Insbesondere lassen sich trotz der Verkleinerung aufgrund der Skalierung im Verhältnis etwas größere Laufräder nutzen. Insbesondere bevorzugt bei einem Skalierungsfaktor von 0,85 Laufräder mit einem Laufradaußendurchmesser von 0,9 des Basis-Laufradaußendurchmessers.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Ansicht eines Radiallüfters gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2

einen Radienverlauf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3

einen Radienverlauf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4

einen Radienverlauf gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5

einen Radienverlauf gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 6

einen Radienverlauf gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Radiallüfter 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Hierbei handelt es sich um einen Radiallüfter, der auf Grundlage eines bekannten Radiallüfters ausgelegt wurde, wobei auf Bezugsgrößen dieses bekannten Radiallüfters als "Basis" eingegangen wird. Vorliegend sind ein Skalierungsfaktor SF_Basis von 0,85 und ein Basis-Laufradaußendurchmesser 140 mm, d.h. r_LRBasis = 70 mm, vorgesehen, wobei der Basisradiallüfter auf zuvor beschriebene, durch Benutzung bekannte Weise ausgelegt ist.

Der erfindungsgemäße Radiallüfter 1, welche vorliegend Teil eines Kraftfahrzeugklimatisierungs- und -belüftungssystems (nicht näher dargestellt) mit einer Reihe von die Luft zu- und abführenden Luftkanälen ist, weist ein um eine Drehachse 2 drehbares, von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebenes Laufrad 3 in einem Gehäuse 4 auf. Hierbei ist zwischen dem Laufrad 3, welches einen Laufradaußendurchmesser (2 · r_LR) von 126 mm hat, und der in radialer Richtung der Drehachse 2 angeordneten Wand des Gehäuses 4 ein Kanal 5 ausgebildet, dessen innere Grenze der Außenumfang des Laufrades 3 und dessen äußere Grenze die Wand des Gehäuses 4 bildet.

Das Gehäuse 4 weist eine Einlassöffnung, die vorliegend durch eine kreisförmige, konzentrisch zum Laufrad 3 ausgebildete Öffnung gebildet ist, und eine Auslassöffnung auf, die am Kanalende mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet ist. Die Drehachse 2 definiert ein Polarkoordinatensystem. Der Verlauf der Wand des Gehäuses 4 um die Drehachse 2 ergibt sich über einen Winkelbereich von 0° bis 289° als eine Funktion r(ϕ), die im Folgenden näher beschrieben wird.

Der Kanal 5 beginnt definitionsgemäß an seiner engsten Stelle, an welcher eine Zunge 6 des Gehäuses 4 ausgebildet ist, welche den Kanalbeginn vom Kanalende innerhalb des gekrümmt verlaufenden Bereichs des Gehäuses 4 trennt. Der Abstand des Laufrads 3 zur Zunge 6 wird im Folgenden als Zungenabstand za bezeichnet, wobei dies der Kanalbreite am Kanalanfang (in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 des Laufrades 3 gemessen) entspricht. Hierbei wird der Zungenabstand za festgelegt als Bruchteil (10,0642 %) des Laufraddurchmessers, wobei vorliegend gilt. $$\mathrm{za}=\mathrm{0},\mathrm{100642}\cdot \mathrm{2}\cdot {\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}=\mathrm{12},\mathrm{681}\mathrm{mm}$$

Die äußere Wand ergibt sich als eine Kurve um die Drehachse 2 mit einer radialen Entwicklung r(ϕ), wobei der Winkel ϕ ausgehend von der geringsten Kanalbreite genommen wird, d.h. bei ϕ = 0° gilt für den Abstand der radialen Wand des Gehäuses $$\mathrm{r}\left(\mathrm{0}\mathrm{°}\right)={\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}+\mathrm{za}$$
und unter Berücksichtigung der prozentualen Auslegung des Zungenabstands in Bezug auf den Laufradaußendurchmesser $$\begin{array}{c}\mathrm{r}\left(\mathrm{0}\mathrm{°}\right)={\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}+\mathrm{za}=\left(\mathrm{1}+\mathrm{0},\mathrm{100642}\cdot \mathrm{2}\right)\cdot {\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}\\ =\mathrm{1},\mathrm{201284}\cdot {\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}\end{array}$$

Somit ergibt sich für das vorliegende Ausführungsbeispiel beim Laufraddurchmesser von 126 mm (r_LR = 63 mm) ein Zungenabstand von 12,681 mm und ferner $$\mathrm{r}\left(\mathrm{0}\mathrm{°}\right)=\mathrm{1},\mathrm{201284}\cdot {\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}=75,681\mathrm{mm}$$

Ausgehend von diesem Punkt S erstreckt sich ein erstes, nicht lineares Spiralsegment um die Drehachse 2 als Ursprung des entsprechenden Polarkoordinatensystems, welches der folgenden Gleichung genügt und den Wandverlauf in Bezug auf die Drehachse 2 des Laufrads 3 wiedergibt $$\mathrm{r}\left(\mathrm{\phi }\right)=\left({\mathrm{r}}_{\mathrm{LR}}+\mathrm{za}\right){\mathrm{e}}^{\mathrm{\phi }\cdot \mathrm{tan\alpha }}\mathrm{im\; Bereich}\mathrm{0}\mathrm{°}\le \mathrm{\phi }\le {\mathrm{\phi }}_{\mathrm{SE}}$$

Hierbei beträgt der Erweiterungswinkel α vorliegend 2,2°. Dieser Erweiterungswinkel und der sich ergebende vergrößerte Zungenabstand im Vergleich zur skalierten Basisspirale ermöglichen, dass Laufräder mit größerem Laufradaußendurchmesser einbaubar sind. Zum besseren Verständnis werden der Anfangswinkel eines Winkelbereichs mit dem am Ende angeordneten Index "0" und der Endwinkel mit dem am Ende angeordneten Index "E" bezeichnet. Der (End-)Grenzwinkel ϕ_SE des ersten, nicht linearen Spiralsegments beträgt vorliegend 70°, Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt somit $$\mathrm{r}\left(\mathrm{\phi }\right)=75,681\mathrm{mm}{\mathrm{e}}^{\mathrm{\phi }\cdot \tan \mathrm{2},2\mathrm{°}}\mathrm{im\; Bereich}\mathrm{0}\mathrm{°}\le \mathrm{\phi }\le 70°$$

Ein erster Teil dieses nichtlinearen Spiralsegments S kann in einem Winkelbereich ϕ von maximal 35° durch zwei Kreisbogensegmente ersetzt werden, wobei die Kreismittelpunkte in der Regel nicht mit der Drehachse zusammenfallen.

Es folgt im Bereich ϕ_SE < ϕ < ϕ_BS10 ein Übergangsstück, gebildet durch ein Kreissegment mit tangentialen Übergängen, wobei der Kreismittelpunkt in der Regel nicht mit der Drehachse 2 zusammenfällt, Hierbei gilt, dass der Winkel des Kreissegments deutlich kleiner als der Winkel des ersten Übergangs ist, d.h. $${\mathrm{\phi }}_{\mathrm{BS}10}-{\mathrm{\phi }}_{\mathrm{SE}}\ll {\mathrm{\phi }}_{\mathrm{SE}}$$

An das Übergangsstück schließt ein zweites, lineares Spiralsegment BS1 an, für welches gilt $$\mathrm{r}\left(\mathrm{\phi }\right)={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \left[{\mathrm{r}}_{\mathrm{LRBasis}}+\mathrm{58},\mathrm{5}\mathrm{mm}\cdot \left(\left(\mathrm{\phi }+\mathrm{71}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}\right)\right]$$
im Bereich ϕ_BS10 ≤ ϕ ≤ ϕ_BS1E

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind SF_Basis = 0,85, r_LRBasis = 70 mm und ϕ_BS1E =217,783°.

Damit ergibt sich $$\begin{array}{ll}\mathrm{r}\left(\mathrm{\phi }\right)& ={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \left[{\mathrm{r}}_{\mathrm{LRBasis}}+\mathrm{58},\mathrm{5}\mathrm{mm}\cdot \left(\left(\mathrm{\phi }+\mathrm{71}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}\right)\right]\\ & =0,85\cdot \left[70\mathrm{mm}+\mathrm{58},\mathrm{5}\mathrm{mm}\cdot \left(\left(\mathrm{\phi }+\mathrm{71}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}\right)\right]\end{array}$$
und hieraus beispielsweise für ϕ = 200° $$\begin{array}{ll}\mathrm{r}\left(200°\right)& =0,85\cdot \left[70\mathrm{mm}+\mathrm{58},\mathrm{5}\mathrm{mm}\cdot \left(\left(200°+\mathrm{71}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}\right)\right]\\ & =96,932\mathrm{mm}\end{array}$$

Nach einem Kreissegment mit tangentialen Übergängen zwischen ϕ_BS1E und ϕ_BS20 und einem Radius r, der sich ergibt aus $$\mathrm{r}={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \mathrm{122},\mathrm{633}\mathrm{mm}$$
also beim vorliegenden Skalierungsfaktor SF_Basis von 0,85 mit einem Radius von $$\mathrm{r}={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \mathrm{122},\mathrm{633}\mathrm{mm}=0,85\cdot 122,633\mathrm{mm}=104,238\mathrm{mm}$$
wobei der Mittelpunkt des entsprechenden Kreises versetzt zur Drehachse 2 des Laufrades 3 angeordnet ist, schließt sich ein drittes, nicht lineares Spiralsegment BS2 an, für welches gilt $$\mathrm{r}\left(\mathrm{\phi }\right)={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \left[{\mathrm{r}}_{\mathrm{E}\mathrm{1}}+\left[\mathrm{1520},\mathrm{3}\cdot \left(\mathrm{\phi }-\mathrm{210}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}/\left(26-7,5\cdot \left(\mathrm{\phi }-\mathrm{210}°\right)/70°\right)\right]\mathrm{mm}\right]$$
mit r_E1 = 117,1 mm und im Bereich ϕ_BS20 ≤ ϕ ≤ ϕ_BS2E
wobei ϕ_BS20 = 219° und ϕ_BS2E = 289° betragen.

Damit ergibt sich beispielsweise für den Winkel 270° ein Radius $$\begin{array}{l}\mathrm{r}\left(270°\right)={\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot \left[{\mathrm{r}}_{\mathrm{E}\mathrm{1}}+\left[\mathrm{1520},\mathrm{3}\cdot \left(\mathrm{\phi }-210\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}/\left(26-7,5\cdot \left(\mathrm{\phi }-\mathrm{210}°\right)/70°\right)\right]\mathrm{mm}\right]\\ =0,85\cdot \left[117,1\mathrm{mm}+\left[\mathrm{1520},\mathrm{3}\cdot \left(270\mathrm{°}-\mathrm{210}\mathrm{°}\right)/\mathrm{360}\mathrm{°}/\left(26-7,5\cdot \left(270°-\mathrm{210}°\right)/70°\right)\right]\mathrm{mm}\right]\\ =108,450\mathrm{mm}\end{array}$$

Und für den Endradius r(ϕ_BS2E) am Ende des Winkelbereichs ergibt sich $$\mathrm{r}\left(289°\right)=113,\mathrm{135}\mathrm{mm}$$

Nachfolgend ist der Austritt in Gestalt einer Auslassöffnung 7 aus dem Gehäuse 4 vorgesehen, wobei der Austritt in tangentialer Richtung in einen entsprechenden Luftkanal mündet. Aufgrund der abgerundeten Ausgestaltung der Zunge 6 und dem Zungenabstand za > 0 mm ist eine Gabelung des Kanals 5 im Zungenbereich vorgesehen.

Das Laufrad 3 des Gebläses 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat vorliegend einen Durchmesser (2 · r_LR = 126 mm), der kleiner als der des Laufrades des Basislüfters (2 · r_LRBasis =140 mm) ist.

Für das Gehäuse 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Radienverlauf r(ϕ) bis zum Endwinkel des zweiten, linearen Spiralsegments ϕ_BS2E = 289°, an welchem der Austritt beginnt, in Fig. 2 dargestellt.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Erweiterungswinkel α = 2,2°. Möglich sind insbesondere auch kleinere Erweiterungswinkel α für größere Laufradaußendurchmesser. Die Erweiterungswinkel α liegen im Allgemeinen im Bereich von 0,8° bis 4,07°. Insbesondere gilt für einen Laufradskalierungsfaktor (Verhältnis von Laufradaußendurchmesser zum Laufradbasisdurchmesser) von 0,9, dass der Erweiterungswinkel maximal 4,07° beträgt, bei einem Laufradskalierungsfaktor von 0,95 der Erweiterungswinkel maximal 3,2° und bei einem Laufradskalierungsfaktor von 1,0 der Erweiterungswinkel maximal 2,4° beträgt.

Ferner beträgt der Grenzwinkel ϕ_SE, in welchem sich der Radius in einem nicht linearen Spiralsegment erweitert, gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 70°, er kann jedoch allgemein im Bereich von 70° bis 200°, insbesondere im Bereich 70° bis 190°, liegen.

Der Endwinkel ϕ_BS1E liegt im Bereich von 215° bis 222°, insbesondere beträgt er etwa 219°.

Die zuvor unter Bezugnahme auf einen Basislüfter mit einem Basis-Laufradaußendurchmesser von 140 mm und einem Skalierungsfaktor SF_Basis von 0,85 beschriebene Auslegung kann auch auf andere Basislüfter angewendet werden. Insbesondere für Basis-Laufradaußendurchmesser von 45 mm bis '! 95 mm und Skalierungsfaktoren S_FBasis von 0,8 bis 0,95.

Die Breite des Gebläses ist vorstehend nicht näher beschrieben, jedoch kann auch sie in Anlehnung an die Breite des Basislüfters ausgelegt werden, insbesondere vergrößert werden, um das verringerte Spiralvolumen bei einer Vergrößerung des Laufradaußendurchmessers ausgleichen zu können. Hierbei gilt für die Breite, bezogen auf die skalierte Basis-Breite, d.h. die Breite des skalierten Basislüfters $$1,0\le \mathrm{B}/{\mathrm{SF}}_{\mathrm{Basis}}\cdot {\mathrm{B}}_{\mathrm{Basis}}\le \mathrm{1},\mathrm{5}$$

Bevorzugte Breitenvergrößerungsfaktoren B/SF_Basis · B_Basis liegen im Bereich 1,2 bis 1,35. Dabei kann die Spiralbreite über ihren Verlauf konstant sein, sich linear oder nicht linear vergrößern.

Die Radienverläufe weiterer Ausführungsbeispiele werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 3ff näher beschrieben. Hierbei ergeben sich die Radienverläufe durch die zuvor angegebenen Formeln in Verbindung mit den folgenden Parametern.

Dem in Fig. 3 durch den Radienverlauf dargestellten Gebläse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel liegen folgende Abmessungen und Parameter zugrunde:

• Basis-Laufradaußendurchmesser 2 · r_LRBasis 140 mm
• Laufradaußendurchmesser 2 · r_LR 140 mm
• Skalierungsfaktor SF_Basis 0,95
• Erweiterungswinkel α 4,05
• Erstes Spiralsegment - Endwinkel ϕ_SE 170°

Ein derartig ausgelegtes Gehäuse hat im Anfangsbereich einen größeren Radius als ein entsprechendes Gehäuse des auf herkömmliche Weise ausgelegten skalierten Basislüfters. Entsprechendes gilt auch für alle Gehäuse gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen, die auf den folgenden Abmessungen und Parametern beruhen:

• Drittes Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 4)
  • Basis-Laufradaußendurchmesser 2 · r_LRBasis 140 mm
  • Laufradaußendurchmesser 2 · r_LR 126 mm
  • Skalierungsfaktor SF_Basis 0,8
  • Erweiterungswinkel α 3,1
  • Erstes Spiralsegment - Endwinkel ϕ_SE 200°
• Viertes Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 5)
  • Basis-Laufradaußendurchmesser 2 · r_LRBasis 140 mm
  • Laufradaußendurchmesser 2 · r_LR 126 mm
  • Skalierungsfaktor SF_Basis 0,82
  • Erweiterungswinkel α 0,8
  • Erstes Spiralsegment - Endwinkel ϕ_SE 70°
• Fünftes Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 6)
  • Basis-Laufradaußendurchmesser 2 · r_LRBasis 140 mm
  • Laufradaußendurchmesser 2 · r_LR 126 mm
  • Skalierungsfaktor SF_Basis 0,85
  • Erweiterungswinkel α 4,07
  • Erstes Spiralsegment - Endwinkel ϕ_SE 200°