KR20090094020A - 개선된 팬 링 웰드 라인 강도를 가지는 플라스틱 팬들 - Google Patents

Abstract

사출 성형된 링 팬 실시예들과 이들을 제조하기 위한 방법들. 상기 방법들은 외부 링들에서 반대 방향들로 흐르는 재료들의 주요 부분이 바람직하게는 서로를 지나 흐르며, 소용돌이치는 관계로 혼합되며/되거나 서로에 대하여 한 각도로 충돌하도록, 사출 성형 공정 중에 재료의 유동에 영향을 미친다. 이는 더 양호한 재료의 혼합 또는 유동 전면들의 융합을 초래한다. 일 실시예에서, 상기 외부 링의 두께는 인접한 팬 블레이드들 사이에 있는 다른 부분들에서 다르다.

Description

개선된 팬 링 웰드 라인 강도를 가지는 플라스틱 팬들{PLASTIC FANS HAVING IMPROVED FAN RING WELD LINE STRENGTH}

본 발명은 일반적으로 팬 구동 시스템들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 팬 링 웰드 라인 강도를 가지는 플라스틱 팬들에 관한 것이다.

본 발명은, 산업용 또는 자동차용 엔진에 의해 구동되며 이들을 냉각시키기 위해 사용되는 팬들과 같은, 냉각 팬들에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 어떤 양상들은 링 팬에 관한 것인 반면에, 다른 특징들은 팬 블레이드 디자인에 관한 것이다.

대부분의 산업용 및 자동차용 엔진의 이용들에서, 엔진에 의해 구동되는 냉각 팬은 냉각제 라디에이터를 통해 공기를 끌어당기기 위해 사용된다. 일반적으로, 상기 팬은 상기 엔진의 크랭크축에 연결된 벨트 구동 메커니즘을 통해 구동된다.

일반적인 냉각 팬은 중앙 허브 플레이트에 설치된 복수의 블레이드들을 포함한다. 상기 허브 플레이트는, 예를 들어, 상기 벨트 구동 메커니즘에 회전 연결을 제공하기 위해 형성될 수 있다. 상기 팬 블레이드들의 크기와 개수는 특정한 이용을 위한 냉각 요구사항들에 의해 결정된다. 예를 들어, 소형 자동차용 팬은 단지 9 인치의 직경을 가지는 네 개의 블레이드들만을 필요로 할 것이다. 더 큰 이용들에서는, 더 많은 개수의 블레이드들이 요구된다. 하나의 일반적인 대형 자동차용 이용에서, 9개의 블레이드들이 상기 팬 디자인에 포함되며, 상기 블레이드들은 704 mm의 외경을 가진다.

블레이드들의 개수와 직경에 추가하여, 특정한 팬의 냉각 용량은 그의 작동 속도에서 상기 팬에 의해 생성될 수 있는 공기유동 용량(airflow volume)에 의해 또한 좌우된다. 이 공기유동 용량은, 상기 블레이드의 면적과 곡률 또는 외형과 같은, 특정한 블레이드 구조와 상기 팬의 회전 속도에 의존하고 있다.

상기 냉각 팬의 치수와 공기유동 용량이 증가함에 따라, 상기 팬, 특히 상기 블레이드들이 겪게 되는 부하들이 또한 증가한다. 게다가, 더 높은 회전 속도와 상기 팬을 통과하는 증가된 공기유동은 상기 블레이드들의 디피칭(de-pitching)과 상당한 소음 문제를 불러 일으킬 수 있다. 상기 문제들을 어느 정도로 해결하기 위해, 어떤 냉각 팬 디자인들은 상기 팬의 원주 둘레에 링을 포함한다. 구체적으로, 상기 블레이드의 팁들(blade tips)이 상기 링에 부착되며, 상기 링은 상기 블레이드 팁들에 안정성을 제공한다. 상기 링은, 특히 상기 링이 상기 링의 원주를 따르는 U자형의 슈라우드(shroud)와 결합될 때, 상기 블레이드 팁에서 와류 진동(vortex shedding)을 감소시키도록 또한 도와준다.

그러므로, 상기 링 팬 디자인은 종래의 지지되지 않는 냉각 팬 구조들에서 마주치게 되는 구조적인 어려움들의 일부를 제거한다. 그러나, 상기 링 팬에 의해 제공되는 증가된 강도와 개선된 진동 특성들로, 이 팬들에 대한 공칭 작동 조건들이 상기 링 팬의 성능의 한계(envelope)를 다시 돌파하기 위해 증가되었다. 게다가, 상기 원주의 링의 질량 관성은 상기 블레이드-링의 경계면에 가해지는 구심력을 증가시킨다. 따라서, 종래의 냉각 팬 디자인들과 유사하게, 상기 링 팬들이 고장나기 전에 상기 링 팬들에 가해질 수 있는 힘의 양에 대한 한계가 존재한다. 사출 성형에 의해 형성되는, 플라스틱 또는 섬유 강화 플라스틱 성형 링 팬들에 대해서, 일반적으로 응력에 기인한 고장이, 용융된 중합체 재료의 두 개의 마주 보는 유동 전면들이 성형 공정 중에 서로에 대하여 대체로 180도의 각도로 “정면으로(head-on)” 충돌하는 곳에서 형성되는, 웰드 라인들 또는 니트 라인들(knit lines)을 따라 발생한다.

그 결과로, 링 팬들의 냉각 공기유동 용량을 개선시키며, 이와 동시에 이들의 강도를 증가시키는 방법들에 대한 필요성이 다시 나타났다. 거대한 산업용 및 자동차용 엔진들에 대한 증가하는 냉각 요구들을 만족시키기 위해 상기 팬의 작동 회전 속도가 증가함에 따라 이 필요성은 특히 절실하게 된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 링 팬을 도시하고 있으며;

도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 상기 링 팬의 후방 사시도이며;

도 3은 성형 상태들 중에 도 1의 외부 링을 통과하는 용융된 원재료의 유동을 보여주는 개략도이며;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 링 팬의 성형 상태들 중에 상기 외부 링을 통과하는 용융된 원재료의 유동을 보여주는 개략도이며;

도 5는 본 발명에 따라 멜드 라인의 강도를 개선하기 위한 일 실시예를 보여주는 개략도이며;

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 제거 가능한 부가물들을 가지는 링 팬을 도시하고 있으며;

도 7은 본 발명에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 중합체 또는 섬유 강화 중합체 링 타입 팬들, 특히 사출 성형 공정을 이용하여 형성되는 팬들의, 강도를 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 니트 라인들에 반대되는, 새롭게 만들어진 멜드 라인들(meld lines)을 따라 상기 웰드 또는 니트 라인의 위치를 응력을 보다 적게 받는 위치 또는 배향으로 이동시키는 것이다. 상기 멜드 라인들은 용융된 재료의 마주 보는 유동 전면들이 서로에 대하여 180도와 다른 각도들로 -즉 상호 “정면으로”가 아닌 각도로- 서로에 대하여 만나고 충돌하는 곳에서 형성된다. 바람직하게는, 상기 유동 전면들은 부분적으로 서로를 지나서 미끄러질 것이고/이거나 소용돌이 방식으로 혼합될 것이다. 상기 목적은 상기 멜드 라인을 따라 유리 섬유 강화를 또한 개선시키는 것이다. 본 발명은 이 결과를 성취하기 위한 몇 가지 실시예들을 제안하고 있다.

일 실시예에서, 두 개의 인접한 팬 블레이드들 사이에 있으며, 가능하면 이전의 웰드 라인의 위치 근처에 위치되는, 상기 팬 링의 부분들이 두꺼워지며, 따라서 상기 용융된 원재료가 이 위치에서 직접 충돌하는 최소화된 양의 재료를 가지는 멜드 라인을 형성하기 위해 영역을 지나서 흐르거나, 그 영역에서 소용돌이치는 것을 허용한다. 상기 실시예들 중의 하나에서, 두 개의 인접한 팬 블레이드들 사이에 있는 상기 팬 링은 다른 블레이드보다 상기 블레이드들 중의 하나에 인접한 단면적이 더 크며, 더 큰 면적과 작은 면적은 두 개의 유동들이 적어도 부분적으로 서로의 측면을 따라 통과하여 혼합 또는 소용돌이 타입의 상호 작용을 생성하는 것을 용이하게 하기 위해 다중으로 각을 이루는 방식으로 교차해 있다.

다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 스필오버형(spillover-type) 저장wh들이, 상기 재료의 유동에 영향을 주면서 직접 충돌 또는 180° 니트 라인의 형성을 방지하기 위해서, 가능한 한 상기 멜드 라인에 가까운 위치들에서, 성형 중에 인접한 팬 블레이드들 사이의 외부 팬 링에 추가된다. 상기 저장조들은 상기 성형된 팬들의 위에 부가물들(appendages)을 형성하며 상기 용융물로부터 불순물들을 또한 제거할 수 있다. 이 불순물들은 갇힌 공기, 생성된 가스들, 미세한 파편, 및 이형제들(mold release agents)을 포함하나 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들은 상기 유동 전면들에 모이는 경향이 있다. 이 불순물들은 중합체 접착 및 상기 유리 섬유/수지 경계면들의 접착 강도에 영향을 끼칠 수 있다. 상기 팬 링의 내측면 또는 외측면 위에 있을 수 있는 상기 부가물들은 차량 냉각 시스템의 부분으로서 상기 팬을 조립하기에 앞서 제거된다.

부수적인 이점들과 함께, 본 발명 그 자체는, 첨부된 도면들과 함께, 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.

본 발명의 원리들의 이해를 촉진할 목적으로, 이제 상기 도면들에 도시된 상기 실시예들에 대한 참조가 될 것이며 특정한 용어가 상기 실시예들을 설명하기 위해 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고 이에 의해 본 발명의 범위의 한정이 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명들은 본 발명이 관련된 기술분야의 숙련된 사람에게 통상 일어날 수 있는 도시된 장치들과 설명된 방법들의 어떤 변경들과 추가적인 변형들 및 본 발명의 원리들의 추가적인 이용들을 포함한다.

이제 도 1 및 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 일반적인 링 팬(10)은 중앙 허브 플레이트(12)에 장착된 다수의 블레이드들(11)을 포함한다. 도 1에 보여지는 바와 같이, 상기 허브 플레이트(12)는 알려진 디자인의 팬 구동 조립체에 상기 팬을 장착하기 위해 구성되는 장착 볼트 링(13)을 포함할 수 있다. 상기 팬(10)은 각각의 상기 팬 블레이드들(11)의 블레이드 팁들(17)에 고정되는 외부 링(15)과 각각의 상기 블레이드들(11)의 루트(19)에 고정되는 내부 링(16)을 더 포함한다. 상기 내부 링(16), 외부 링(15) 및 블레이드들(11)은 바람직하게는 종래의 공지된 공정에서 상기 금속제 허브 플레이트(12)의 둘레에 사출 성형되는 고강도의 성형 가능한 중합체 재료로 바람직하게는 형성된다. 사용되는 일반적인 플라스틱들은 (나일론 6 및 Zytel®Nytel이라는 상표의 나일론들과 같은) 폴리아미드들 또는 폴리프로필렌들을 포함한다. 이 플라스틱들은 일반적으로 약 15와 50% 사이의, 보다 바람직하게는 15와 30% 사이의, 섬유 강화재로 강화된다. 상기 섬유 강화재는 유리 장섬유들(long glass fibers)이 또한 사용될 수 있지만, 일반적으로 유리 단섬유들(short glass fibers)의 형태이다.

각각의 상기 블레이드들(11)은 상기 링 팬(10)으로의 유효 입구에 있는 전면(22)을 포함한다. 마찬가지로, 각각의 블레이드는 상기 링 팬의 뒤쪽에 반대편의 배면(25)(도 2를 보라)을 포함한다. 상기 바람직한 실시예에서, 다섯 개의 블레이드들(11)이 제공될 수 있으며, 각각은 상기 블레이드 루트(19)로부터 상기 블레이드 팁(17)까지 대체로 균일한 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 각각의 블레이드들(11)은 상기 블레이드의 선단부(leading edge)(11a)으로부터 후단부(trailing edge)(11b)까지 두께가 변할 수 있다. 각각의 블레이드(11)는 바람직하게는 상기 링 팬(10)이 그의 표준 회전 속도의 작동 범위 내에서 그리고 시스템 제한의 그의 의도된 범위 내에서 작동될 때 최대 공기유동을 제공하기 위해 제조된 에어 포일 형(air foil-type)의 구성을 따른다.

도 2를 참조하여, 상기 팬(10)의 상기 외부 링(15)이, 일반적으로 상기 팬의 출력 면(output face)에 배치되는, 벌어진 림(flared rim)(28)을 포함하는 것이 보여질 수 있다. 상기 벌어진 림(28)은 각각의 상기 블레이드들(11)의 상기 팁들(17)로부터 멀리 점진적인 곡률을 따르는 반경방향으로 외측으로 벌어진 표면(29)을 한정한다. 상기 팬(10)은 상기 팬 블레이드들의 상기 선단부들(11a)에 있는 입구 측과, 상기 후단부들(11b)에 있는 반대쪽의 출구 측을 한정한다. 상기 외부 링(15)의 상기 벌어진 림(28)은 상기 팬(10)의 출구 측에 배치된다.

다섯 개의 블레이드들과 상기 블레이들의 길이들을 따라 균일한 커브를 가지는 팬이 상기 도면들에 보여지지만, 블레이드들의 개수와 상기 블레이드들의 정확한 곡률은 본 발명의 일부가 아니다. 본 발명에 따른 성형된 플라스틱 팬은 어떤 단면 형상과 상기 블레이드들의 길이들을 따라 어떤 구조적인 곡률을 가지는 어떤 개수의 블레이드들을 가질 수 있다. 또한, 벌어진 림을 가지는 팬이 상기 도면들에 보여지지만, 상기 팬이 본 발명에 따른 벌어진 림을 가지는 것이 필요하지는 않다.

도 3은 종래의 플라스틱 사출 성형 공정에서 상기 외부 링(15)을 형성하기 위해 사용되는 용융된(즉, 녹인) 플라스틱 재료의 유동 전면들(50, 60)을 도시하고 있는 종래 기술에 따른 상기 링 팬(10)의 상기 외부 링(15)의 근접하여 확대된 도면을 보여준다. 이와 같은 공정에서, 일반적으로 두 개의 반쪽들로 형성되는 주형(mold)은 사출 성형기에 위치된다. 최종 성형된 부분의 형상의 캐비티(cavity)는 상기 주형에 형성된다. 상기 주형이 폐쇄된 후에, 용융된 플라스틱 재료가 게이트들(a/k/a 오리피스들)을 통해 상기 주형의 캐비티로 사출된다.

팬들의 성형을 위해, 상기 플라스틱 재료는 일반적으로 상기 허브 링(16)에 위치되는 게이트들을 통해 사출된다. 게이트는 각각의 상기 블레이드들(11)의 상기 루트(19)에 위치된다. 상기 사출된 플라스틱 재료는 상기 주형 캐비티의 모든 상기 블레이드의 부분들을 통해 반경방향으로 외측으로 동시에 흐른다. 상기 외부 링에서, 상기 플라스틱은 각각의 블레이드로부터 분리되어 흐르며 상기 주형 캐비티의 상기 링 부분들을 따라 양방향으로 흐른다.

위에 설명된 바와 같이 상기 폴리아미드들로부터 형성되는 플라스틱 팬들(10)을 위해, 상기 용융된 폴리아미드(즉, 상기 원재료)는 약 500톤과 1500톤 사이의 압력의 용량을 가진 프레스들에서 섭씨 약 218도와 226도(화씨 424도 내지 439도) 사이에서 상기 게이트들을 통해서 사출된다. 상기 주형의 내부에 들어 있는 상기 게이트들은 일반적으로 약 1 내지 4 mm(0.039인치 내지 약 0.157인치)의 직경의 범위에 있다.

일단 상기 주형 캐비티가 플라스틱 재료로 완전히 채워지면, 상기 주형은 일반적으로 상기 플라스틱이 냉각됨에 따른 어떤 수축을 보상하기 위해 더 많은 플라스틱으로 채워진다. 일단 상기 플라스틱이 냉각되어 충분히 단단해지면, 상기 주형은 개방되며 상기 성형된 팬(10)은 꺼내진다.

상기 원재료가 상기 주형 캐비티의 내부에 사출될 때, 상기 용융된 원재료는 (도 3의 화살표들에 의해 보여지는 바와 같이) 가장 저항이 적은 경로를 따라 흐른다. 따라서 상기 원재료의 일부분은 상기 허브 링(16)을 형성한다. 표시된 바와 같이, 상기 용융된 플라스틱 원재료의 일부분은 상기 루트(19)에서 상기 팁(17)으로 상기 블레이드들(11)을 통해 상기 각각의 게이트들로부터 또한 흘러 나오며, 상기 외부 링(15)을 형성하기 위해 상기 외부 링의 캐비티로 흘러 들어간다. 상기 유동 전면들(50, 60)은 두 개의 인접한 블레이드 팁들로부터 각각의 블레이드의 팁들로부터 대략 등거리에 있는 중앙 지역을 향해 상기 외부 링(15)의 내부로 이동한다. 상기 두 개의 유동 전면들(50, 60)은 상기 외부 링(15)의 내주(23)와 외주(27)에 거의 수직인 상당히 평평한 영역(55)을 따라 일반적으로 만나서 서로 직접 “정면으로” 충돌한다. 상기 평평한 영역(55)은 이 중앙 지역의 내부에서 상기 외부 링(15)의 상기 내주(23)과 외주(27)의 접선에 수직으로 이어진다. 상기 외부 링(15)의 두께(“T”)는 상기 링의 길이와 폭을 따라 일정하다. 상기 유동 전면들(50, 60)의 합류와 고형화는 각각의 인접한 한 쌍의 블레이드들(11) 사이에 상기 외부 링(15)에 니트 라인들(75)을 생성한다. 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람들에게 알려진 바와 같이, 상기 니트 라인들(75)은 원심력으로 유도된 굽힘 응력들에 대한 상기 외부 링(15)의 가장 약한 부분을 일반적으로 나타낸다.

부분의 구조가 상기 니트 라인(75)의 형상에 영향을 끼칠 수 있지만, 일반적으로 상기 니트 라인들은 아주 선형적이며 인접한 블레이드 팁들(17) 사이에 있는 대략 중간 지점에서 상기 외부 링(15)을 따라 축방향으로 이어지며 상기 외부 링(15)의 상기 내주(23)와 외주(27)를 한정하는 접선에 수직으로 이어진다.

상기 니트 라인(75)이 상기 외부 링(15)의 가장 약한 부분을 나타내는 많은 이유들이 있다. 상기 니트 라인(75)은 구조에 있어 공극들을 형성함으로써 상기 외부 링(15)의 강도에 영향을 끼칠 수 있는 갇힌 공기와 생성된 가스들을 포함하고 있다. 더구나, 이형제들, 미세한 파편 및/또는 상기 성형 공정들에서 도입되는 용융된 재료들에 함유되는 다른 불순물들은 상기 니트 라인들(75)을 따라 모이는 경향이 있으며, 상기 구조를 약화시킬 수 있는 형성된 매트릭스 구조의 불연속성을 초래한다. 이 동일한 재료들은 중합체 접착과 상기 중합체 재료들과 상기 유리 섬유 강화 재료 사이의 접착에 영향을 끼치며, 이는 상기 니트 라인(75)의 강도를 추가적으로 감소시킬 수 있다. 나아가, 상기 유동 전면들의 충돌은 유리 섬유 열가소성 재료들에 함유된 섬유들이 쉽게 혼합되는 것을 허용하지 않으며, 그에 따라 상기 니트 라인들(75)을 따라 상기 강화에 악영향을 끼친다.

도 4는 이 다양한 웰드 라인들에서 상기 링 팬(10)의 강도를 개선하기 위한 일 실시예를 도시하고 있다. 도 4에서, 상기 플라스틱 원재료의 유동 전면들(50, 60)은 상기 블레이드들 사이에 있는 영역들(80)을 따라 상기 외부 링(15)의 두께를 변경함으로써 방향이 바뀐다. 일 실시예에서, 상기 두께는 상기 외부 링의 내주(23)의 위에 있는 돌출부로 형성된다. 이 돌출부는 인접한 블레이드들 사이에 대략 등거리에 있는 확대된 돌기 또는 융기를 형성하도록 하나의 블레이드 팁으로부터 다른 블레이드 팁까지 균일하며 연속적인 두께의 증가를 가질 수 있다. 또는 상기 돌출부는 두 개의 인접한 블레이드들 사이에 대략 중앙에 있는 “속도돌기(speed bump)”로서 본질적으로 형성될 수 있다. 상기 돌출부의 다른 크기들 및 형상들이 본 발명에 따라 제공될 수 있다. 상기 돌출부의 영역들로 상기 유동 전면들(50, 60)의 진행은 멜드 라인의 강도를 개선하고 그에 따라 상기 성형된 팬 제품의 강도를 개선하는 비선형 멜드 라인(175)을 형성할 것이라고 믿어지고 있다.

본 발명의 다른 실시예는 팬 링(92)의 내측면(90)을 보이고 있는 도 5에 보여진다. 상기 팬의 주변 둘레의 균일한 두께의 링은 하나의 팬 블레이드(96)의 다음에 또는 근처에 있는 상기 링(92)의 일 부분(94)의 단면의 크기와 면적이 인접한 블레이드(100)의 다음에 또는 근처에 있는 상기 링의 부분(98)의 단면의 크기와 면적보다 더 커지도록(두껍게 되도록) 변경된다. 이 동일한 구조는 상기 팬 조립체의 질량의 균형을 균등하게 유지하기 위해 상기 팬 링의 원주의 둘레에 각각 한 쌍의 블레이드들 사이에 반복된다. 따라서, 상기 용융된 사출 플라스틱은 상기 블레이드들을 따라 반경방향으로 외측으로 흐르며 각각의 블레이드 팁에서 두 개의 유동들로 나누어지며, 일 방향으로 흐르는 플라스틱 부분은 반대방향으로 흐르는 플라스틱 부분보다 크기와 체적이 더 큰 영역으로 유입된다. 각각의 유동은 저항이 가장 적은(더 큰 체적의) 경로를 찾아낼 것이며 그에 의해 상기 블레이드들 사이에 있는 영역에서 상기 인접한 블레이드로부터 반대쪽에서 접근하는 유동과 유동 패턴(flow-by pattern)을 시작한다.

상기 팬 링의 나머지에 대한 부분들(94)의 두께의 증가의 비율은 바람직하게는 약 1.25:1에서 2:1까지의 범위에 있다. 상기 두께의 증가와 상기 증가의 비율은 만약에 가장 강한 멜드 라인을 확보하기 위해 필요하다면 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람들에 의해 변경될 수 있다.

도 5에 보여지는 상기 실시예에서, 상기 두 개의 마주보는 유동 전면들(102, 104)은 또한 서로에 대해 각도로 만나며 각각의 상기 유동 전면들의 적어도 일부분은 바람직하게는 다른 것의 측면을 따라 미끄러지거나 통과할 것이다. 상기 유동 전면들의 선단부들에 있는 재료는 서로에 대하여 또한 회전하거나 소용돌이칠 것이며 상기 두 개의 유동 전면들이 함께 혼합하여 융합하는 것을 허용할 것이다. 도 3에 보여지는 바와 같은 상기 평평한 영역(55), 또는 도 4에 보여지는 바와 같은 상기 비선형 멜드 라인(175)을 따른 합류 및 고형화보다는 오히려, 도 5의 실시예의 상기 두 개의 유동 전면들은 더 엇갈리며 톱니 모양인 멜드 라인을 제공할 것이다.

도 5에 보여지는 실시예에서 표시된 바와 같이, 각각 한 쌍의 블레이드들 사이의 두꺼워진 링 부분들(94)은 상기 두 개의 유동 전면들(102, 104)의 적어도 일부분이 새로이 형성된 멜드 라인(110)에서 서로에 대한 각도(A)를 따라 만나게 한다. 각도(A)는 바람직하게는 30° 내지 60°이지만, 상기 두 개의 유동 전면들이 현저하게 섞이게 하는 어떤 허용할 수 있는 각도일 수 있다. 상기 멜드 라인(110)은 선형이거나 곡선일 수 있으며, 만약 곡선이라면, 볼록하거나, 오목하거나, 또는 임의의 형상을 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 인접한 팬 블레이드들 사이의 상기 팬 링의 부분들의 두께는 다른 방식으로 변경될 수 있다. 도 5에 보여지는 바와 같이 부분(94)과 같은, 상기 팬 블레이드의 일 부분의 두께는 도 5에서 보고 있는 관찰자를 대면하는 방향으로, 즉 상기 팬 링으로부터 반경방향으로 내측으로, 확대될 수 있다. 게다가, 도 5에 보여지는 바와 같이 부분(98)과 같은, 상기 인접한 팬 블레이드의 근처에 또는 다음에 있는 상기 팬 블레이드의 다른 부분의 두께는 상기 관찰자로부터 멀어지는 방향으로, 즉 상기 팬 링으로부터 반경방향으로 외측으로, 확대될 수 있다. 이 구조는 각각의 팬 블레이드로부터 흘러나오는 상기 재료의 부분들이 서로의 측면들을 따라 미끄러지거나 통과해서 상기 두 개의 유동 전면들의 혼합을 형성하는 것을 보장하도록 도와준다. 다시, 이 동일한 구조는 균등하게 상기 팬의 균형을 유지하기 위해 상기 팬 링의 주변의 둘레에 반복되어야 한다.

도 6은 링 팬(70)의 상기 외부 링(15)의 강도를 개선하기 위한 다른 방법을 도시하고 있다. 복수의 스필오버형 부가물들(99)이 상기 플라스틱 사출 성형 공정 중에 형성된다. 상기 부가물들은 각각 한 쌍의 인접한 블레이드들(11) 사이에 상기 외부 링(15)의 위에 형성된다. 도 6에서, 상기 외부 링(15)의 내부면 또는 상기 내주(23)를 따라 결합된 상기 부가물들(99)이 보여진다. (도 3과 같이) 각각의 블레이드 팁(17)에서부터 상기 유동 전면들의 재료는 도 3에 보여지는 영역(55)과 같은 평평한 영역을 따른 합류 및 고형화와 대조적으로 상기 스필오버형 부가물들(99)로 흐를 것이다. 이와 같은 방법으로, 새로이 형성된 멜드 라인들이 상기 외부 링(15)에서 최소화(제거 또는 감소)되며, 대신에 상기 부가물들(99)에서 형성될 수 있다. 상기 유동 재료가 냉각되고 상기 성형된 팬이 상기 주형으로부터 이탈된 후에, 상기 부가물들(99)은, 비틀거나 절단함으로써, 쉽게 제거된다.

상기 스필오버형 부가물들(99)의 사용은 상기 주형의 내부에 갇힌 가스를 배출하는 것을 또한 도와준다. 상기 부가물들은 이형 잔류물과, 산화된 잔류물 또는 파편과 같은, 다른 불순물들이 상기 성형 공정 중에 수집될 수 있는 위치를 제공한다. 이 불순물들의 제거는 상기 외부 링의 내부에 위치되는 중합체 접착 및 상기 중합체 재료들과 상기 유리 섬유 강화 재료 사이의 접착을 개선시키는 역할을 한다.

상기 부가물들(99)이 상기 외부 링(15)의 상기 내주(23)를 따라 인접한 팬 블레이드들 사이의 중앙에 위치된 것으로 도 6에 보여지지만, 다른 실시예들이 이용될 수 있다. 다른 위치들에서 새로운 멜드 라인들을 형성하기 위해 인접한 한 쌍의 블레이드들 사이에 있는 임의의 위치들에 상기 부가물들(99)을 위치시키는 것이 가능하다. 각각 한 쌍의 팬 블레이드들 사이에 두 개 또는 그 이상의 스필오버형 부가물들을 제공하는 것이 또한 가능하다.

상기 부가물들은, 점선으로 보여지는 부가물(120)에 의해 표시되는 바와 같이, 상기 외부 링의 상기 외주(27)를 따라 더 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나의 부가물이 상기 내주(23)의 위에 형성될 수 있으며 다른 부가물은 상기 외주(27)의 위에 형성될 수 있으며, 각각의 상기 부가물들은 각각 인접한 한 쌍의 블레이드 팁들(17)의 사이에 임의로 위치될 수 있다. 하나의 인접한 한 쌍의 블레이드 팁들(17) 사이에 형성된 부가물들의 개수는 다른 인접한 한 쌍의 블레이드 팁들(17)의 사이에 형성된 부가물의 개수와 다를 수 있다는 것이 또한 가능할 수 있지만, 만약 그렇다면, 상기 부가물들은 모두 깨끗하고 고르게 제거되어야 하며 그렇지 않으면 상기 팬은 균형을 잃은 상태로 남게 된다.

도 4 내지 6에 관련하여 위에 설명된 바와 같은 상기 실시예들에서, 팬 구동 시스템에 사용되는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키기 위한 방법론은 도 7에 보여지는 바와 같은 흐름도에 따라 달성될 수 있다. 우선, 단계(200)에서, 요구되는 링 팬의 크기와 형상에 상응하는 내부를 가지는 상기 팬을 위해 프로토타입의 주형이 만들어진다. 이 프로토타입 주형에서, 상기 외부 링의 두께는 일정하게 유지된다. 다음으로, 단계(210)에서, 일정량의 용융된 원재료가 요구되는 온도와 압력에서 각각 복수의 게이트들을 통해서 그리고 상기 내부의 내에 동시에 도입된다. 단계(220)에서, 상기 원재료는 프로토타입 팬을 형성하기 위해 상기 프로토타입 주형의 내부에서 냉각된다.

단계(230)에서, 각각 인접한 한 쌍의 복수의 팬 블레이드들 사이에서 상기 외부 링을 따른 상기 니트 라인의 위치가 결정된다. 위에 설명된 바와 같이, 상기 니트 라인은 인접한 팬 블레이드들 사이의 링 팬의 상기 외부 링의 가장 약한 부분과 상응하며 상기 일정량의 용융된 플라스틱 재료의 일 부분의 제1 유동 전면이 상기 일정량의 용융된 플라스틱 재료의 제2 부분의 제2 유동 전면과 충돌하는 위치에서 형성된다. 균일한 두께의(즉 균일한 단면 크기와 형상의) 외부 링에서, 이상적인 성형 조건들 하에, 상기 유동 전면들은 도 3에 보여지는 타입의 선형의 니트 라인을 형성하도록 서로 직접 충돌한다.

다음으로, 단계(240)에서, 상기 프로토타입 주형의 상기 내부는 상기 성형 공정이 하나의 유동 전면의 상기 용융된 플라스틱 재료의 유동의 일 부분이 다른 방식으로 제2 유동 전면으로부터 나온 상기 용융된 플라스틱 재료의 일 부분과 충돌하는 링 팬을 형성하도록 다시 형성된다. 도 4에서, 이 단계는, 부분(80)에서와 같이, 요구되는 바와 같은 그의 길이와 폭의 부분들을 따라 상기 외부 링(15)의 두께를 증가시킴으로써 성취된다. 도 5에서, 이 단계는, 상기 부분들(94)에서와 같이, 요구되는 바와 같은 그의 길이와 폭의 부분들을 따라 상기 팬 링(92)의 두께를 증가시킴으로써 성취된다. 도 6에서, 이 단계는 상기 외부 링(15)을 따라 하나 또는 그 이상의 스필오버형 부가물들을 제공함으로써 성취된다. 또 다른 실시예에서, 상기 외부 링의 두께는 위에 표시된 바와 같이 변경될 수 있으며 상기 외부 링을 따른 스필오버형 부가물들이 또한 제공될 수 있다.

단계(250)에서, 일정량의 용융된 플라스틱 재료가 요구되는 온도 및 압력에서 각각 복수의 게이트들을 통해서 그리고 상기 다시 형성된 프로토타입의 상기 내부의 내에 동시에 도입된다.

단계(260)에서, 상기 다시 형성된 프로토타입 팬의 강도는 상기 외부 링의 전체에 걸쳐 일정한 두께를 가지는 상기 프로토타입 팬의 강도와 비교된다.

마지막으로, 만약에 필요하다면, 단계(270)에서, 상기 프로토타입 주형이 다시 형성되며 상기 외부 링의 최적의 요구되는 강도를 성취하기 위해 단계(240) 내지 단계(260)가 반복된다.

도 3에 보여지는 상기 링 팬의 상기 외부 링(15)에 형성되는 니트 라인(75)이 보여지지만, 추가적인 니트 라인들(도시되지 않음)이 유동 전면들이 교차하는 상기 링 팬의 다른 영역들에 형성될 수 있다는 것이 인정된다. 예를 들어, 용융된 플라스틱 재료의 유동은 원재료들이 상기 게이트들을 통해 동시에 사출됨에 따라 상기 게이트들 사이의 상기 내부 링(16)의 내부에서 또한 교차한다. 따라서, 링 팬의 강도를 개선시키는 방법들은 상기 링 팬의 다른 부분들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 유사한 방법들이 상기 허브 링(16)의 강도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 상기 내부 링의 두께는 상기 허브 링의 주변의 둘레로 균일하게 변경될 수 있으며/있거나 스필오버형 부가물들이 제공될 수 있다.

따라서 본 발명은 성형된 링 팬들의 강도를 개선시키기 위한 독특한 전략들을 설명한다. 본 발명에 의해 제공되는 상기 추가적인 팬 링의 강도는 대형 산업용 및 자동차용 엔진들에 대한 증가하는 냉각 요구들을 만족시키기 위해 상기 팬의 작동 회전 속도들이 증가함에 따라 특히 중요해진다.

나아가, 여기에 설명된 실시예들과 방법들은 성형 공정 중에 용융된 원재료의 유동이 교차하는 어떤 성형 가능한 플라스틱 부분의 형성에 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명은 하나 또는 그 이상의 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 설명되었던 특정한 메커니즘들과 기술들은 단지 본 발명의 원리들을 설명하는 것이라고 이해되어야 하며, 첨부된 청구항들에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고 수 많은 변형들이 설명된 방법들과 장치에 만들어질 수 있다.

<관련 출원들에 대한 상호 참조>

본 출원은 2004년 4월 26일에 출원된 미국 출원 번호 제10/831,789호의 일부 계속 출원이다.

Claims (10)

1. 외부 링과 내부 링 사이에 결합된 복수의 팬 블레이드들을 가지며, 팬 구동 시스템에 사용되는 팬의 상기 외부 링의 강도를 개선시키는 방법에 있어서,

   내부를 가지는 프로토타입 주형을 형성하며, 상기 내부는 상기 팬의 크기 및 형상에 상응하며, 상기 외부 링의 두께는 일정하며, 상기 주형은 상기 내부 링의 둘레에 위치되는 복수의 게이트들을 가지며, 상기 복수의 게이트들 중의 하나는 상기 복수의 팬 블레이드들에 상응하는 위치에서 상기 내부 링에 밀접하게 결합되는 단계;

   요구되는 온도와 압력에서 각각의 상기 복수의 게이트들을 통해서 그리고 상기 내부의 내에 동시에 일정량의 용융된 플라스틱 재료를 상기 프로토타입 주형에 도입하는 단계;

   프로토타입 팬을 형성하도록 상기 프로토타입 주형의 내부의 상기 일정량의 용융된 플라스틱 재료를 냉각시키는 단계;

   상기 프로토타입 팬의 내부에서 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 사이에서 상기 외부 링을 따라 웰드 라인의 위치를 결정하며, 상기 웰드 라인은 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 사이의 상기 프로토타입 팬의 상기 외부 링의 가장 약한 부분에 상응하며, 상기 외부 링의 상기 가장 약한 부분은 상기 일정량의 용융된 플라스틱 재료의 일 부분의 제1 유동 전면이 상기 일정량의 용융된 플라스틱 재료의 제2 부분의 제2 유동 전면과 충돌하는 위치에서 형성되며, 상기 제1 유동 전면은 상기 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 하나로부터 상기 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 다른 하나를 향해 상기 외부 링을 따라 대체로 제1 방향으로 흐르며 상기 제2 유동 전면은 상기 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 다른 하나로부터 상기 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들의 중의 상기 하나로 상기 외부 링을 따라 대체로 제2 방향으로 흐르는 단계;

   주형을 형성하도록 상기 프로토타입 주형의 상기 각각 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 적어도 하나 사이에 상기 내부를 다시 형성하는 단계;

   요구되는 온도와 압력에서 각각의 상기 복수의 게이트들을 통해 그리고 상기 내부의 내에 동시에 제2의 양의 용융된 플라스틱 재료를 상기 주형에 도입하며, 상기 제2의 양의 용융된 플라스틱 재료의 제3 부분이 대체로 제3 방향으로 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 하나와 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 다른 하나 사이에 흐르며 상기 제2의 양의 용융된 플라스틱 재료의 제4 부분이 대체로 제4 방향으로 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 다른 하나와 상기 각각의 인접한 한 쌍의 팬 블레이드들 중의 상기 하나의 사이에 흐르며, 상기 제3 부분은 상기 제3 방향과 상기 제4 방향 사이의 각도로 한정되는 상기 각도(A)에서 상기 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 사이의 상기 외부 링에서 상기 제4 부분과 충돌하는 단계;

   상기 팬을 형성하도록 상기 주형의 내부에서 상기 양의 용융된 원재료를 냉각시키는 단계; 및

   상기 주형으로부터 상기 팬을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주형의 상기 외부 링의 강도를 상기 프로토타입 주형의 상기 외부 링의 강도와 비교하는 단계; 및

   상기 외부 링의 상기 강도가 최적화될 때까지 상기 주형의 상기 내부를 다시 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 프로토타입 주형의 상기 내부를 다시 형성하는 단계는 상기 팬 블레이드들 중의 하나의 다음에 또는 근처에 있으며 각각의 상기 각각 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 사이에 있는, 상기 외부 링의 일 부분의 두께가 증가되도록 상기 내부를 다시 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 프로토타입 주형의 상기 내부를 다시 형성하는 단계는 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 하나와 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 다른 하나 사이에 적어도 하나의 부가물을 상기 외부 링에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 프로토타입 주형의 상기 내부를 다시 형성하는 단계는 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 하나와 상기 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 중의 상기 다른 하나 사이에 적어도 하나의 부가물을 상기 외부 링의 위에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬의 외부 링의 강도를 개선시키는 방법.
6. 외부 링과 허브 링 사이에 결합된 복수의 팬 블레이드들을 가지며, 팬 구동 시스템에 사용되는 링 팬을 성형하기 위한 방법에 있어서,

   상기 성형된 링 팬의 크기와 형상에 상응하는 캐비티를 가지는 주형을 형성하며, 상기 주형은 상기 복수의 팬 블레이드들에 상응하는 상기 허브 링의 둘레에 위치되는 복수의 게이트들을 가지며, 상기 주형은 각각의 인접한 한 쌍의 상기 복수의 팬 블레이드들 사이에 적어도 일 부분에서 증가된 팬 링의 두께를 가지는 단계;

   상기 주형의 캐비티를 채우도록 요구되는 온도와 압력에서 각각의 상기 복수의 게이트들을 통해 동시에 일정량의 용융된 플라스틱 재료를 도입하는 단계;

   상기 링 팬을 형성하도록 상기 주형의 내부에서 상기 양의 용융된 플라스틱 재료를 냉각시키는 단계; 및

   상기 주형으로부터 상기 링 팬을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 팬을 성형하기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서,

   각각의 상기 한 쌍의 인접한 팬 블레이드들 사이의 두 개의 위치들에서 상기 외부 링의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 팬을 성형하기 위한 방법.
8. 제7항에 있어서,

   증가된 두께의 두 개의 부분들은 상기 주형의 캐비티에서 각도(A)로 만나는 것을 특징으로 하는 링 팬을 성형하기 위한 방법.
9. 중앙 허브 부재;

   상기 허브 부재로부터 방사상으로 퍼지는 복수의 팬 블레이드들; 및

   각각의 상기 팬 블레이드들의 외측 단부들에 부착되는 외부 링을 포함하며;

   상기 외부 링은 상기 팬 블레이드들 중의 하나에 인접한 제1 두께의 제1 부분을 가지고 인접한 팬 블레이드에 인접한 제2 두께의 제2 부분을 가지며;

   상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형된 링 팬.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 외부 링의 적어도 내주의 위에서 각도(A)로 교차하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형된 링 팬.