DE69328212T2 - Flacher Axiallüfter - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einteilige Lüfter, wie sie in Kraftfahrzeug-Kühlmodulen zum Fördern von Kühlluft durch die Wärmetauscher des Fahrzeuges, d. h. den Motorkühler und/oder den Klimaanlagen-Kondensator, verwendet werden.
• Aus vorveröffentlichten Patentdokumenten ist es bekannt, einen einteiligen Lüfter mit einer Nabe und mehreren in Vorwärtsrichtung angestellten Schaufeln zu bauen, die sich von der Nabe radial nach außen zu einem die Nabe umgebenden kreisförmigen Band erstrecken. Es ist ferner bekannt, das Lüfterband mit einem Mantel zu umgeben, so daß der Lüfter innerhalb des Mantels rotiert.
• Es ist außerdem bekannt, eine derartige Lüfter-Mantel-Kombination in einem Kraftfahrzeug-Kühlmodul zu verwenden und in diesem Fall den Mantel mit einem einstückig angeformten Lagerteil für einen den Lüfter drehenden elektrischen Motor zu verbinden. Diese integralen Teile sind zu den Lüfterschaufeln axial beabstandet, um eine gegenseitige mechanische Störung zu vermeiden.
• Die US 4 548 548, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, betrifft einen von einem Ringband umgebenen Lüfter mit mehreren länglichen stationären Teilen, die sich von einem Luftführungsgehäuse stromab der Lüfterschaufeln radial nach innen erstrecken.
• Die Konstruktion eines bestimmten Kraftfahrzeuges kann den vorhandenen Platz für ein Kühlmodul so stark beschränken, daß es nicht möglich ist, bekannte Axiallüfterkonstruktionen mit hohem Wirkungsgrad und geringer Geräuschentwicklung zu verwenden, beispielsweise dann, wenn der axiale Raum für den Lüfter beschränkt ist. Somit besteht Bedarf an einem geräuscharmen Axiallüfter hohen Wirkungsgrades, der in einem axial eingeschränkten Raum untergebracht werden kann, und die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Deckung dieses Bedarfs durch neue originäre konstruktive Merkmale, wie sie im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben sind.
• Einzelheiten eines speziellen Beispiels eines Lüfters und Mantels gemäß der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen offenbaren ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der zur Zeit für am besten gehaltenen Methode zur praktischen Umsetzung der Erfindung.
• Fig. 1 ist eine axiale Vorderansicht eines flachen Lüfters gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 ist eine axiale Rückansicht des Lüfters der Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2.
• Fig. 4 ist eine axiale Rückansicht des Lüfters in Verbindung mit einem Mantelteil.
• Fig. 5 ist eine rechtsseitige Ansicht der Fig. 4, wobei ein Abschnitt zu Veranschaulichungszwecken weggeschnitten ist.
• Fig. 6 ist eine fragmentarische Ansicht in Nähe des weggeschnittenen Abschnittes der Fig. 5, um die Verbindung des Lüfters und Mantelteils mit einem weiteren Mantelteil zu veranschaulichen.
• Fig. 7-11 sind Ansichten, die beim Beschreiben des erfindungsgemäßen Lüfters von Nutzen sind.
• Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen exemplarischen einteiligen, flachen, geräuscharmen Axiallüfter 10 hohen Wirkungsgrades gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4 und 5 zeigen den Lüfter 10 in Verbindung mit einem einstückigen Mantelteil 28. Der Lüfter und das Mantelteil sind mittels bekannter Verfahren unter Verwendung bekannter Materialien hergestellt.
• Der Lüfter 10 hat eine Nabe 12 zur drehbaren Lagerung des Lüfters um eine Achse 14, mehrere identische Schaufeln 16 (sieben bei dem exemplarischen Lüfter), die symmetrisch um die Nabe 12 herumverteilt sind, und ein kreisförmiges äußeres Band 18. Eine Anzahl (vierzehn bei dem exemplarischen Lüfter) von Versteifungsrippen 23 sind, wie gezeigt, an der Innenseite der Nabe einstückig angeformt.
• Die Nabe 12 hat eine kreisförmige Stirnwand 20 und eine kreisförmige Seitenwand 22. In ihrer Mitte ist die Stirnwand 20 so ausgebildet, daß sie einen Zugang zur Befestigung des Lüfters an der Welle eines elektrischen Motors bildet (wie im folgenden beschrieben wird).
• Die Schaufeln 16 sind in einem gleichförmigen symmetrischen Muster um die Nabe herum verteilt angeordnet. Jede Schaufel ist angestellt und hat einen mit der Seitenwand 22 der Nabe 12 verbundenen Fuß 16R und eine mit dem Band 18 verbundene Spitze 16C.
• Das Band 18 hat eine axiale Abmessung, die gleich oder geringfügig größer als die axiale Abmessung jeder Schaufelspitze ist, und ist mit einem radialen Flansch 24 versehen, der sich an dem axial vorderen Rand des Bandes nach außen erstreckt.
• Das Band 18 einschließlich des Flansches 24 umgibt die Nabe so, daß, wie in Fig. 3 zu sehen ist, eine Projektion des Bandes auf die Achse 14 in einer Richtung, die auf der Achse 14 senkrecht steht, die Nabe vollständig schneidet.
• Die Fig. 4, 5 zeigen den Lüfter 10 in seiner funktionsmäßigen Zuordnung zu dem Mantelteil 28, das außerdem ein Lagerteil für einen den Lüfter antreibenden elektrischen Motor 30 bildet. Wenn der Lüfter und der Mantel in ein Kraftfahrzeug eingebaut sind und hierbei ein Kühlmodul bilden, ziehen sie Luft durch einen Wärmetauscher (nicht gezeigt), der vor ihnen angeordnet ist. Solch ein Wärmetauscher kann entweder den Motorkühler oder den Klimaanlagen-Kondensator oder auch beide bilden. Die Stellen, an denen das Mantelteil 28 am Fahrzeug befestigt ist, sind mit dem Bezugszeichen 38 in Fig. 4 bezeichnet, und sie werden im folgenden genauer beschrieben.
• Das Mantelteil 28 weist einen Lüfter umgebenden Abschnitt 39 auf, der mit dem Band 18 und dem Flansch 24 zusammenwirkt. Der Mantel umfaßt ferner vier einstückig mit ihm ausgebildete Teile 40, die sich von dem Lüfter umgebenden Abschnitt des Mantels zu einem einstückigen Lagerteil 42 für den elektrischen Motor 30 erstrecken. Der Motor 30 ist mit dem Lagerteil 42 an drei Befestigungsstellen befestigt, welche mit den Bezugszeichen 46 bezeichnet sind. Der Motor hat eine Welle (nicht gezeigt), der koaxial zu der Achse 14 axial nach vorne zeigt, und die Motorlagerstellen in der Stirnwand 20 der Nabe 12 ermöglichen eine Einpassung und Befestigung des Lüfters an dem externen Ende der Motorwelle, so daß der Lüfter bei Betrieb des Motors 30 gemeinsam mit der Welle gedreht wird.
• Die Teile 40 sind so angeordnet, daß sie keine geradlinige radiale Form haben. Sie verlaufen von dem Lüfter umgebenden Abschnitt 39 des Mantels aus zuerst axial weg von dem Abschnitt 39 und dann beide axial nach hinten und radial nach innen zu dem Lagerteil 42.
• Das Ergebnis der für die Teile 40 und die Schaufeln 16 beschriebenen Konstruktionen ist, daß jede Schaufel ausreichend axial vor jedem Teil in radialer Richtung jeder Schaufel liegt, derart, daß beim Vorbeilaufen jeder Schaufel an jedem Teil 40 keine unzulässig hohe Turbulenz erzeugt wird, die im Widerspruch zu dem angestrebten Ziel eines hohen Wirkungsgrades und einer geringen Geräuschentwicklung stehen würde. Die Kombination der vier Teile 40 sorgt, wie gezeigt, für eine konstruktive Abstützung der Motorlagerteile einschließlich des Motors und Lüfters.
• Die Fig. 6 zeigt die Verbindung des Lüfters 10 und des Mantelteils 28 mit einem weiteren Mantelteil 48. Das Mantelteil 48 bildet einen Teil eines Kraftfahrzeuges, in dem der Lüfter 10 und das Mantelteil 28 eingebaut sind. Das Mantelteil 48 hat einen Wandabschnitt 50, der allgemein quer zu der Achse 14 verläuft und an dem die Vorderkante des Lüfter umgebenden Abschnittes 39 des Mantelteils 28 anliegt. Der Aufbau des Mantelteils 28 wird nicht weiter beschrieben, da dieser Gegenstand mittels einer Ausscheidungsanmeldung getrennt weiterverfolgt wird.
• Wie in Fig. 7 gezeigt, hat jede Schaufel 16 die Form eines Tragflügels, die durch mehrere Parameter geometrisch definiert werden kann. Einige dieser Parameter sind in Fig. 7 mit Bezug auf einen repräsentativen Tragflügelquerschnitt graphisch dargestellt, während verbleibende Parameter in den Fig. 8 und 9 graphisch dargestellt sind.
• Die Fig. 7 ist repräsentativ für jeden der in Fig. 1 gezeigten Querschnitte A-I, gesehen radial nach unten von dem kreisförmigen Band 18 aus und in Richtung auf die Achse 14. In Fig. 7 sind die Vorder- und Hinterkanten-Tangentiallinien auf die Kreisbogen-Wölbungslinie bezogen. Die Kreisbogen-Wölbungslinie ist natürlich ein Kreisbogen, zu dem die Vorder- und Hinterkanten-Tangentiallinien Tangenten bilden. θ ist der Wölbungswinkel zwischen der Vorderkanten- und Hinterkanten-Tangentiallinie; ε ist der Staffelungswinkel zwischen einer zur Drehachse parallelen Linie und der Linie C, welche den geradlinigen Abstand zwischen Anfang und Ende der Kreisbogen-Wölbungslinie (Sehnenlänge) bildet. In Fig. 8, die die herkömmlichen dreidimensionalen X- Y- und Z-Achsen darstellt, ist der Y-Versatz der Abstand in der Y-Richtung zwischen der Rückseite der Nabe 12 und der Hinterkante (d. h. dem Schaufelende) der Schaufel 16. Die Fig. 9 ist eine schematische Zeichnung ohne Bezug auf die numerischen Werte der Fig. 10 oder 11. In Fig. 9, die den Anstellwinkel zeigt, ist die Mittellinie des angestellten Schaufelprofils eine Linie, die durch die Mitte der Sehnenlänge C für den Querschnitt der Schaufel (Fig. 7) an jeder radialen Strecke A-I verläuft (siehe Fig. 1). Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen einer festliegenden radialen Bezugslinie durch die Mittellinie der Nabe und einer radialen Linie durch die Mitte der Sehne des fraglichen Schaufelschnittes (d. h. ein Punkt auf der Mittellinie des angestellten Schaufelprofils). Für das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte spezielle Lüfterbeispiel liefert Fig. 10 spezielle numerische Werte dieser Parameter. Fig. 11 enthält die Parameter der Fig. 10 auf einer dimensionslosen oder einheitsbezogenen (p.u.) Basis. Die radiale Strecke R für jeden radialen Abstand A bis H ist somit auf die maximale radiale Strecke I bezogen. Die Sehnenlänge C für jede radiale Strecke A-I ist auf die entsprechende radiale Strecke A-I bezogen. Da schließlich sämtliche Y-Versatz-Werte sowohl in Fig. 10 wie auch in Fig. 11 Null sind, zeigt dies, daß die X- und Z-Achsen die Ebene definieren, die auf der Achse 14 senkrecht steht und die die axial rückwärtige Stirnfläche bzw. die Rückseite der Nabe 12 und die Schaufel-Hinterkanten enthält, wie ebenfalls in Fig. 3 gezeigt ist.
• Der tragflügelförmige Querschnitt einer Schaufel 16 wird dargestellt an mehreren radialen Strecken R, gemessen in radialer Richtung von der Achse 14 aus, welche natürlich der Achse Y in Fig. 8 entspricht. Diese radialen Strecken sind mit den Buchstaben A-I in Fig. 1 bezeichnet. Der Y-Versatz ist die axiale Versatzstrecke der Hinterkante der Kreisbogen-Wölbungslinie, gemessen von der Rückseite der Nabe 12 aus. Positive Werte des Y-Versatzes sind Vorwärtswerte, während negative Werte Rückwärtswerte sind. Wie in Fig. 3 gezeigt, liegen die axial rückwärtige Stirnseite der Nabe 12, der axial rückwärtige Rand des Bandes 18 und die Enden der Schaufeln 16 in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zu der Achse 14 verläuft, d. h., der Y-Versatz ist Null, wie dies in den Fig. 10 und 11 im einzelnen angegeben ist.
• Die numerischen Werte der jede Schaufel des Beispiels definierenden Parameter sorgen für eine Geräuschdämpfung bei höheren Frequenzbändern. Der Lüfter und Mantel gemäß der Erfindung sorgen für einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Geräuschentwicklung bei einem flachen axialen Profil des Lüfters.

Claims (2)

1. Einteiliger, flacher, geräuscharmer Axiallüfter (10) hohen Wirkungsgrades, mit einer Nabe (12), die um eine Achse (14) drehbar ist, mehreren angestellten, tragflügelförmigen Lüfterschaufeln (16), die in Umfangsrichtung um die Nabe (12) herum verteilt sind und sich sowohl radial wie auch axial von der Nabe (12) weg erstrecken, wobei jede Schaufel (16) einen mit der Nabe (12) verbundenen Fuß (16R) hat, und einem kreisförmigen Band (18), das zu der Nabe (12) konzentrisch und radial nach außen beabstandet ist, wobei jede Schaufel (16) eine mit dem Band (18) verbundene Spitze (16C) hat und wobei die axial rückwärtige Stirnfläche der Nabe (12), der axial rückwärtige Rand des Bandes (18) und die Enden der Schaufeln (16) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zu der Achse (14) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaufeln (16) im wesentlichen gemäß Parametern wie folgt aufgebaut ist:

worin R (p.u.) der radiale Abstand (pro Einheit) zu der Achse (14) als Bruchteil des maximalen Schaufelradius ist, C (p.u.) die Sehnenlänge (pro Einheit) des tragflügel förmigen Querschnitts der Schaufel in dem entsprechenden radialen Abstand als Bruchteil der radialen Querschnitts-Strecke ist, θ der Wölbungswinkel des Querschnitts ist, der Staffelungwinkel des Querschnitts ist und der Y Versatz zwischen der Querschnitts-Hinterkante und der Rückseite der Nabe (12) gemessen wird.

2. Einteiliger, flacher, geräuscharmer Axiallüfter (10) hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 1, der im wesentlichen gemäß Parametern wie folgt aufgebaut ist:

worin R (mm) der radiale Abstand zu der Achse (14) ist, C (mm) die Sehnenlänge des tragflügelförmigen Querschnitts an dem entsprechenden radialen Abstand ist, θ der Wölbungswinkel des Querschnitts ist, der Staffelungswinkel des Querschnitts ist und der Y-Versatz zwischen der Querschnitts-Hinterkante und der Rückseite der Nabe (12) gemessen ist.

Übersetzung der Zeichnungsbeschriftungen

ROTATION: Drehung

AXIS OF ROTATION: Drehachse

CIRCULAR ARC CAMBER LINE: Kreisbogen-Wölbungslinie

TRAILING EDGE TANGENT LINE: Hinterkanten-Tangentiallinie

LEADING EDGE TANGENT LINE: Vorderkanten-Tangentiallinie

BACK OF HUB: Nabenrückseite

INSIDE OF BAND: Bandinnenseite

SKEW (adjusted): Anstellung (eingestellt)

SKEWED BLADE PROFILE: Angestelltes Schaufelprofil

UNSKEWED BLADE PROFILE: Nicht angestelltes Schaufelprofil

SKEW ANGLE: Anstellungswinkel

SECTION (FRONT VIEW): Schnitt (Vorderansicht)

Y OFFSET: Y-Versatz

deg (degree): Grad