專利名稱：葉輪的制作方法
葉輪本發明涉及一種葉輪，特別是一種用于汽車取暖和空調裝置的轉鼓形轉 子-離心鼓風機的塑料葉輪。
背景技術：
用于在汽車取暖裝置或空調裝置中輸送空氣的轉鼓形轉子-離心鼓風機， 在運行時應使它的轉速經常處于一個盡可能低的水平。在這種情況下，與之 后的熱交換器之間的進氣比應盡可能有利，同時，通常很狹窄的現有安裝空 間應得到盡可能靈活地利用。但由于總的條件，在這里一般使用沿軸向加寬 的螺旋形外殼和具有在葉片流道中靜態增壓的葉輪。在這里，葉片向后彎曲， 在徑向上帶有端部或者略微向前彎曲，葉型沒有或有輕微變化。在這里，流 體在葉片流道中分離，并且一直到葉片流道的終端都保持分離。受這種葉片 的限制，按照正常運行點和葉片的類型，轉速需要達到高甚至很高的水平。 出于聲響的原因，在汽車取暖裝置或汽車空調裝置中通常不使用向后彎曲的 葉片。可使轉速降到一個較低水平的離心鼓風機具有向前彎曲的葉片，并且在 明顯很低的轉速下達到具有可比水平的正常運行點。在前彎曲的葉片上，流 體被強烈折流和加速。這種動能在具有理想設計和平行壁的螺旋形外殼中被 延遲，并轉化成靜壓。在葉片流道的進口會出現流體分離，在葉片流道的終 端流體又再度緊貼。沿軸向加寬的螺旋形外殼有利于熱交換器的加載，并且 在徑向上變窄，但是在所述的具有前彎曲葉片的鼓風機中通常并不令人滿意， 因為它會導致效率的損失。為了使例如用于在汽車取暖裝置或汽車空調裝置中輸送空氣的轉鼓形轉 子-離心鼓風機，在盡可能低的轉速下也能運行，人們發明了具有前彎曲葉片 的轉鼓形轉子-離心鼓風機。其中，葉片的葉型沒有或輕微變化。葉片通常是 實心注射而成(見圖5的左部，在圖中顯示了在常用的、葉型未變化的葉輪 中流體在葉片流道中的流動，其中，在葉片的非工作面可以看到渦流的形成)。在EP 1384894 A2中公開了一種葉片形式，在這種葉片形式上，試圖通 過第二組葉片在葉片工作面也稱壓力側(Druckseite)和非工作面也稱吸入 側(Saugseite)之間形成間隙，從而達到無分離的葉片流道穿流。但是這樣會 導致在葉片工作面和非工作面之間交換的能量出現大量損失，并導致間隙損 失。發明內容本發明的任務是提供一種改善的葉輪，從而使葉片流道中盡可能不出現 流體分離。這個目的通過具有下述特征的葉輪實現。本發明規定了一種葉輪，特別是一種用于汽車取暖和空調裝置的轉鼓形 轉子-離心鼓風機的塑料葉輪，它具有多個葉片，其中，在兩個葉片之間的葉 片流道在進氣端優選為收斂狀，在出氣端優選為發散狀，并且葉片葉型為不 規則的。葉輪的收斂-發散形設計以及不規則的葉片葉型使得葉片流道中的流 體出于基本上不分離的狀態。在這里，通過葉片葉型在收斂區域的明顯凸起 和足夠的厚度，使得流體在相應的流道部分中加速并沿葉輪的旋轉方向無分 離地折流。在緊接著的、幾乎是筆直的發散的流道部分中，流體被基本上是 無分離地延遲，在這一過程中靜壓上升。通過相應的設計、特別是一體式的 葉片，在葉片工作面和非工作面之間的能量交換不會出現損失。在流道的進氣端為收斂的、出氣端為發散的設計中，葉片長度比優選為 0. 1到0.9，更加優選為O. 15到0.7，最好為0.2到0.6。其中，在葉片流 道的收斂部分中，流道的縮小優選為0. 030到0. 2，更加優選為0. 04到0. 07， 最好為0.O5到0. 06。在葉片流道的發散部分中，流道的擴大優選為0. 05到 0.17，更加優選為0.09到0. 15，最好為O. l到O. 14。葉輪的葉片葉型優選為不規則的。作為葉型不規則的葉片，葉型厚度與 葉型總長度之比大于O. 15，特別是大于0.2。在這里，工作面的進口角優選 為30°到90° ，特別優選為35。到80° ，而非工作面的進口角優選為25。 到70° ，特別優選為30。到60° ;工作面的出口角優選為90°到175° ， 特別優選為IOO。到165° ，而非工作面的出口角優選為90。到170° ，特別 優選為IOO。到165° 。為了使流體流動達到最優而且沒有分離以及達到最佳 效率和低噪音的運行狀態，特別優選的是各角度處十之前所給出的范圍的中 間位置，即在中間值+/- 10°的范圍。葉片優選地由一種起支承作用的、優選為實心的結構形成，在其之上至 少局部地將軟組分(Weichkoiiiponente)注射成型，或者至少局部地將軟組分 注射到其內。在這里，起支承作用的結構優選為第一塑料，其具有足夠的強 度，軟組分為更軟的第二塑料。第二塑料優選為發泡塑料。這種設計使得葉 輪的制造過程中基本上不出現翹曲和收縮。在葉片區域中起支承作用的結構的最大壁厚優選為3mm。這種壁厚肯定 可以避免翹曲和收縮，但通過對形成結構的材料進行適當的選擇則可以確保 葉輪具有足夠的強度。此外，通過適當選擇軟組分的材料可以減輕葉輪的重 量，從而使鼓風機在整體上變得更輕。另外，軟組分具有消音的功能，這樣， 這種鼓風機比不帶軟組分的相應鼓風機聲音更小。軟組分優選地至少部分地形成葉片的型面，特別是在葉型不規則的區域。 特別優選的是，既在非工作面也在工作面上設有一層軟組分，而葉片的端部 則優選地不帶有軟組分，這樣，軟組分還起到在安裝時防止受到損傷的功能。按照一種減輕重量的實施形式，葉片優選為至少部分地由空心型材形成。 在這里，為了提高強度，在空心型材的內部設有支撐體。空心型材優選為在 一側封閉。在空心型材的框架(Zarge)側封閉的情況下，葉片在框架側優選 地呈錐形縮小。在葉輪輪轂側的葉片優選在發動機側呈圓柱形，在框架側呈錐形，它們 在這里朝著框架的方向縮小。這保證了盡管葉型不規則并且由框架覆蓋，但 仍有足夠的進氣橫斷面，并且不會對進氣橫斷面產生阻擋。這種葉輪的制造優選地通過塑料注射進行，其中優選的是，首先，起支 承作用的結構由第一塑料注射成型，接下來或幾乎同時，葉輪的具有不規則 葉型的葉片和/或空心型材的至少一部分由更軟的第二塑料注射成型，所述第 二塑料被注射到起支承作用的結構之上或注射到由起支承作用的結構形成的 空心型材之中。作為起支承作用的結構的材料可以特別考慮PA或PP，但也可以考慮金 屬。至少將起支承作用的結構局部包圍的軟組分優先考慮發泡塑料，例如的還有PP-EPDM。常常可使用PUR泡沬、密胺泡沫、PE 泡沬(在應用時使用發泡劑)、硅泡沫，或者在有限的范圍內，也可使用發泡 彈性體。上述用于起支承作用的結構的材料也相應地可用于不帶軟組分的葉輪， 在這種情況下，特別是可以使用經過發泡的材料。
下面通過一個實施例及其多個變型和附圖對本發明進行詳細說明。其中， 圖1為根據發明的鼓風機葉輪的一個實施例的立體圖； 圖2為圖1中所示葉輪的葉片的截面圖； 圖3a、 3b是葉片變型體的截面圖； 圖4是葉片的截面詳圖，用于說明各尺寸；圖5的左部是常用的、實心的葉輪的截面圖，圖中通過矢量描述流體速度，在圖5的右部是按照本發明的葉輪，它具有前彎曲的葉片葉型； 圖6是葉輪的俯視圖；圖7是另一個葉片變型體的示意圖，圖中顯示出三個截平面的橫斷面；圖8是沿縱向穿過葉片的截面示意，用于對葉片縮小進行說明。圖9是縮小的葉片的葉輪的局部截面圖；圖10為與圖9相應的截面圖，用于對葉片橫斷面面積的縮小進行說明；圖lla到lld為葉片縮小的可能軌跡的示意圖；圖12為相對于葉片的基本葉片斷面中線的對稱縮小的示意圖； 圖13為相對于葉片的基本葉片斷面中線的非對稱縮小的示意圖；圖14為相對于葉片的基本葉片斷面中線的對稱-非對稱縮小的示意圖。
具體實施方式
用于在汽車空調裝置中輸送空氣的轉鼓形轉子-離心鼓風機，通常具有包括一圈葉片2的葉輪1，其中，在每兩個葉片2之間形成了葉片流道3。葉輪 1以已知的方式安裝到增壓發動機軸(圖未示)上。在非工作面，葉輪1被 作為螺旋形外殼一部分的框架所局部覆蓋。在圖6中對用于吸入空氣的框架 開口予以了說明。
葉片2的型面不規則，其中，流道3在進口區域4呈收斂狀，而在出口 區域5呈發散狀(見圖4)。葉片2的工作面DS在進口區域4、必要時一直到 出口區域5為凹入的，而葉片2的非工作面SS在進口區域為凸起的并且在出 口區域5為筆直的，其中，葉片厚度d在收斂區域達到最大。6，它在這里實心塑料形成，并具有足夠的強度來承受所要施加的負載；還包 括在結構6上注射成型的、由軟組分組成的層7，它在葉片2的型面不規則 區域形成型面。在這里，結構6的厚度最大為3■，這樣在制造結構6時就 不會出現翹曲或收縮的問題。此外，這個厚度通常足以使葉片2達到足夠的 剛性。注射成型的層7只用于葉片葉型的形成，并且在不考慮以下要求的情 況下，即在所輸送的空氣影響下不出現壓縮，所述層沒有任何支承功能。在 這里，注射成型的層7還具有表皮或涂層，其中，特別是用于避免沾污的涂 層在必要時也可覆蓋整個葉片2或整個葉輪1，從而簡化制造過程。在由軟組分所覆蓋的葉片2的區域，起支承作用的結構6略微縮小，在 這里，縮小是逐漸發生的。由起支承作用的結構6向軟組分的過渡不會影響 外部輪廓。按照本發明，起支承作用的結構6由PA組成，軟組分由PP-EPDM組成。在圖3a和3b中是葉片2的變型，其中，在這些葉片上，結構6自身形 成了葉片葉型，為此，它以空心型材的形式形成，并且在第二個變型中它還 帶有起加強作用的支撐體。特別是出于強度的原因，在空心型材的內部設有 與注射成型的層7相同的軟組分。同樣，在各區域也可以設有如前面的實施 例所述的、在外部注射成型的層。在這里，結構6的厚度最大也為3 mm，這 樣，在制造時就不會出現翹曲或收縮。在葉片葉型之內且在起支承作用的結構6的位置之上，軟組分的厚度要 與葉片的工作面和非工作面配合，這樣，在鼓風機運行時，特別是在葉片的 工作面的軟組分就只會出現最小的、不會影響穿流的變形。此外，在具有這種葉片葉型的葉輪設計中，如圖5的右部清楚地顯示， 在葉片2的非工作面不會形成渦流，這樣氣流就可以緊貼在其上。在CFD計 算中，這使得效率得到提高，并且在聲響測量中所測得的噪聲級處于較低的 水平(如圖5所示，圖中給出了在相應的鼓風機的最優運行點處的流體軌跡
和相應的效率)。下面的幾何尺寸特別適合于收斂-發散狀的葉片流道，尤其是在型面不規則的葉片上，也就是說，是在d/lges大于0. 15，特別是大于0. 2的情況下， 其中，d為葉片葉型厚度，Iges為葉片葉型的總長度(筆直測量)葉片流道長度比Lkv優選為O. 1到0.9。在這里，Lgekrges表示彎曲的 葉片流道的總長度，Lgekrdiv表示彎曲的葉片流道的發散部分的長度， Lgekrkonv表示彎曲的葉片流道的收斂部分的長度，其中，1Lgekrges = Lgekrdiv + Lgekrkonv，并且Lkv = Lgekrdiv / Lgekrges 在葉片流道的收斂部分流道縮小Kverkonv，其中， Kverkonv = (Al-A2) / Lgekrkonv，它優選為0. 030到0.200。在這里，Al為進口處的流道寬度，A2為在最 狹窄的橫斷面處的流道寬度。在葉片流道的發散部分流道擴大Kerwdiv，其中， Kerwdiv = (A3-A2) / Lgekrdiv，它優選為0.05到0. 17。在這里，A3為出口處的流道寬度。在這里，工作面的進口角betalDS為30°到90° ，非工作面的進口角 betalSS為25。到70° 。工作面的出口角beta2DS為90°到175° ，非工作 面的出口角beta2SS為90°到170° 。上述用于betalDS、 betalSS、 beta2DS和beta2SS的角度范圍也特別適 合于發散-收斂狀的葉片流道以及收斂狀的葉片流道。由于葉片2在設計上型面不規則以及進入開口 (只有大約1/3的葉片沒 有被框架覆蓋)的原因，在大流量的情況下，在進口區域會出現阻擋，如圖 6所示。這會降低效率和/或造成異響。因此，按照另一個變型，葉片2在其 長度范圍內或長度范圍的一個或多個部分內，在與旋轉軸平行的情況下具有 不同的橫斷面。在這里，進口側的橫斷面，如圖7所示，在葉輪輪轂側為圓 柱形(葉輪輪轂側在圖1中由標號9標出)并帶有脫模斜度，而在框架側沿 縱向朝著框架縮小成錐形。按照一個圖未示的變型，葉片在橫斷面上為實心，并由一種材料制成 例如輕金屬或可發泡的塑料，也就是說，軟組分被取消，由本體材料取代。圖8到10中是相對于圖6的變型，其中，葉片2沿朝著進氣側的方向縮 小。在這里，從旋轉軸的方向看，葉片在其大部分的長度范圍內具有不變的 橫斷面。只是在最后的四分之一部分，葉片的橫斷面縮小，也就是說，在縱 截面方向上，內部直徑dinenn變大一直到縮小的內部直徑diverj，而外部 直徑則保持不變，在厚度方向上也是這樣。為了更清楚地說明型面的變化， 在圖9中通過星劃線標出了基本葉片葉型的葉片斷面中線。在圖8中畫出了 在葉片總長度范圍內的縮小的軌跡。在這里，葉片總長度由Slgesamt表示， 出現內部直徑變大的葉片長度部分由Slverj表示。如圖8所示，內部直徑 diverj在葉片長度的最后四分之一部分變大。圖8中的葉片葉型長度沒有按 照比例畫出。一般來說，縮小部分的葉片長度與葉片總長度之比(Slver/Slgesamt) 為0. 1到0. 7，優選為0. 15到0. 5，特別優選為0. 20到0. 25。 直徑比DV由以下等式獲得 DV 二 (Dnerm-DverjUngt) /Dnenn它通常為0.01到0.2，優選為0.02到0. 1，特別優選為0.04到0.07， 其中，Dnenn和Dverjtingt從以下等式得到 Dnerm = dinenn/da 和DverjUngt = diverj/da在這里，da為葉片外部直徑，dinenn為葉片額定內部直徑，diverj為 葉片縮小的內部直徑。除了葉片葉型長度之外，葉片葉型的厚度也縮小，這樣，在縮小的區域 葉片葉型的橫斷面面積也縮小。橫斷面面積的相對變小由以下等式獲得AV 二 (Anenn-Averj)/Anenn其中，Anerm是在沒有縮小的區域的橫斷面面積，它在下面就被稱為基 本型面，Averj是在縮小(最大)的區域的橫斷面面積。從圖10可以特別清 楚地看出葉片葉型的變化。通常來說，即不明確涉及這里的變型時，橫斷面 面積的相對變小AV為0. 1到0. 90，特別是從0. 2到0. 8，特別優選為0. 3 到O. 7。 圖lla到lld涉及具有代表性的縮小軌跡的其它變型，其中，圖lla中 為凸起狀的縮小軌跡，圖llb中為凹入狀的縮小軌跡，圖llc中為線性的縮 小軌跡，圖lld中為單級的縮小軌跡。任意組合，例如在必要時為多級的縮小軌跡也是可以的。圖12到14涉及葉片葉型沿朝著進氣方向縮小的變型。縮小的軌跡例如 可以與圖lla到lld所示相同。為了更好地說明型面變化，在圖12到14中 通過星劃線標出了各基本葉片葉型的葉片斷面中線。相對于基本型面的縮小可以相對于葉片斷面中線對稱進行，如圖12中在 葉片2的非工作面上的虛線所示。相對于基本型面的縮小可以相對于葉片斷 面中線非對稱進行，如圖13中在葉片2的非工作面上的點線所示。縮小也可 以在一部分相對于葉片斷面中線對稱進行，在另一部分相對于葉片斷面中線 非對稱進行，如圖12到14中的實線所示，這可以在實線與虛線或點線比較 中清楚地看出。一般來說，葉片的縮小部分的流道形狀既可以收斂狀，也可以是收斂-發散狀或發散狀。特別優選的是，在縮小的葉片部分的進口角和出口角，與基本型面區域 即橫斷面保持不變的部分進口角和出口角不同，這樣就使葉片葉型出現空氣 動力上的扭曲。但是角度也可以保持不變或者至少是基本不變。按照一個圖未示的變型，在框架側也可以有至少為部分的蓋片。按照另一個同樣圖未示的變型，葉片由空心型材形成，它由一部單一的 材料制成。在這里，為了加強葉片葉型也可以設置橫向撐，這樣，尤其就可 以形成若干相互間隔開的空腔。如果葉片由(局部)空心型材形成，那么它們在框架側可以是敞開的， 也可以是封閉的。
權利要求
1.葉輪，包括用于汽車取暖和空調裝置的轉鼓形轉子-離心鼓風機的塑料葉輪，它具有多個葉片(2)，其特征在于，在兩個葉片(2)之間的流道(3)在進氣端為收斂狀，在出氣端為發散狀，并且葉片葉型為不規則的。
2. 根據權利要求1所述的葉輪，其特征在于，葉片(2)的葉型厚度與葉 型總長度之比大于O. 15，優選為大于0.2。
3. 根據權利要求1或2所述的葉輪，其特征在于，在葉片流道(3)的收 斂部分中，流道的縮小(Kverkonv)為0. 030到0. 20。
4. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，在葉片流道 的發散部分中，流道的擴大(Kerwdiv)為0.05到0. 17。
5. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉片流道長 度比(Lkv)為O. 2到0. 6。
6. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉片(2)的 葉型如此形成工作面的進口角(betalDS)為30°到90° ，非工作面的進口 角(betalSS)為25°到70° ,工作面的出口角(beta2DS)為90°到175° ，非 工作面的出口角(beta2SS)為90°到170° 。
7. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，至少局部地 將軟組分注射到葉片(2)的起支承作用的結構(6)之上，或者至少局部地將軟 組分注射到所述結構之內。
8. 根據權利要求7所述的葉輪，其特征在于，在葉片區域中起支承作用 的結構(6)的最大實心壁厚為3 mm。
9. 根據權利要求7或8所述的葉輪，其特征在于，軟組分至少局部地形 成葉片(2)的型面。
10. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉片至少 局部地由空心型材形成。
11. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉片為空 心的，同時，在空心的葉片中設有支撐體。
12. 根據權利要求10或11所述的葉輪，其特征在于，由空心型材形成 的葉片在一側為封閉的。
13. 根據權利要求10到12中任一項所述的葉輪，其特征在于，軟組分 被注射到空心型材的內部。
14. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉輪(l) 通過雙組分塑料注射工藝制成。
15. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，葉片葉型 在朝著框架的方向上至少局部縮小。
16. 根據前面的權利要求中任一項所述的葉輪，其特征在于，在葉輪輪 轂側的葉片(2)呈圓柱形，在框架側呈錐形。全文摘要
本發明涉及一種葉輪，特別是用于汽車取暖和空調裝置的轉鼓形轉子-離心鼓風機的塑料葉輪。所述葉輪具有多個葉片(2)，在兩個葉片(2)之間的流道(3)在進氣端為收斂狀，在出氣端為發散狀，并且葉片葉型為不規則的。
文檔編號F04D29/28GK101213373SQ200680024316
公開日2008年7月2日 申請日期2006年7月4日 優先權日2005年7月4日
發明者尼古勞斯·齊普弗, 彼得·盧西加, 約爾格·基利安 申請人:貝洱兩合公司