DE69014630T2

DE69014630T2 - Axialer leitringlüfter mit zurückneigung.

Info

Publication number: DE69014630T2
Application number: DE69014630T
Authority: DE
Inventors: Stephen Brackett
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-05-19
Also published as: JPH04503391A; US4915588A; EP0475957A1; EP0475957B1; WO1990015253A1; DE69014630D1; CA2016811A1

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen ummantelten Axiallüfter und insbesondere eine Verbesserung, die den Lüfterwirkungsgrad erhöht und das Lüftergeräusch verringert.
Beispiele bekannter ummantelter Axiallüfter sind in den U.S. Patenten 4,358,245 und 4,569,632 gezeigt. Das erste Patent zeigt einen Lüfter, bei dem die Schaufeln in Vorwärtsrichtung angestellt sind. Es ist übliche Praxis, diese Lüfter aus spritzgegossenem Kunststoff herzustellen, so daß die Nabe, die Schaufeln und der Mantel eine inte-grale Struktur bilden.
Der Lüfter der vorliegenden Erfindung weist in Vorwärtsrichtung angestellte Schaufeln auf, deren Vorderkanten jeweils eine ungefähr sinusförmige Gestalt bei Ansicht in der Umfangsrichtung haben und die jeweils in radialer Richtung zurückgeneigt sind.
Diese sinusförmige Gestalt kann anhand des veränderlichen Anstellverhältnisses für die Schaufel entlang der radialen Erstreckung der Schaufel definiert werden. Genauer gesagt, kann sie definiert werden anhand des Anstellverhältnisses über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis als Funktion des dimensionslosen Radius der Schaufel, wobei diese Kenngröße im wesentlichen konstant ist für dimensionslose Radien zwischen 0,4 und 0,495, kleiner wird für dimensionslose Radien zwischen 0,495 und 0,55, im wesentlichen konstant ist für dimensionslose Radien zwischen 0,55 und 0,675, größer wird für dimensionslose Radien zwischen 0,675 und 0,85 und kleiner wird für dimensionslose Radien, die größer als 0,85 sind. Das Anstellverhältnis (pitch ratio) an irgendeinem speziellen dimensionslosen Radius beträgt 6,28 x dem dimensionslosen Radius x dem Tangens des Winkels Q, worin der Winkel Q der spitze Winkel zwischen einer ersten Linie und einer zweiten Linie ist, von denen die erste Linie zwischen den Vorderkanten- und Hinterkantenpunkten einer ebenen Projektion des Schaufelquerschnitts entlang des speziellen dimensionslosen Radius verläuft und die zweite Linie durch den Hinterkantenpunkt verläuft und auf der Projektionsrichtung senkrecht steht. Das durchschnittliche Anstellverhältnis der Schaufel ist ein Durchschnitt der Anstellverhältnisse an einer Anzahl von dimensionslosen Schaufelradien, die ausreicht, um den tatsächlichen Durchschnitt zumindest anzunähern. Bei dem offenbarten Lüfter beträgt das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis ungefähr 1,07 für dimensionslose Radien zwischen 0,4 und 0,495, ungefähr 1,044 für dimensionslose Radien zwischen 0,55 und 0,675 und näherungsweise 1,105 bei einem dimensionslosen Radius von 0,85.
Die Zurückneigung (fall off) in der radialen Richtung wird durch das Neigungsverhältnis definiert. Der Zähler des Verhältnisses wird durch den axialen Abstand zwischen dem radial äußersten Punkt und dem radial innersten Punkt einer Schaufel in einem radialen Querschnitt der Schaufel bestimmt. Der Nenner des Verhältnisses wird durch den radialen Abstand zwischen diesen beiden Punkten bestimmt.
Ein Lüfter, der gemäß den Grundzügen der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, sorgt für eine verbesserte axiale Strömung, einen verbesserten inneren Wirkungsgrad und eine Dämpfung des Lüftergeräusches mit einer erheblichen Verringerung der Drehgeräuschkomponente, was zu einer verbesserten Tonqualität des Lüfters führt. Merkmale der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die ein zur Zeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigen, das nach der zur Zeit zum Ausführen der Erfindung am besten gehaltenen Methode hergestellt wurde.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine axiale Vorderansicht eines Lüfters gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Lüfters der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 in geringfügig vergrößertem Maßstab;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 1;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 1;
Fig. 7 bis 16 sind vergrößerte projezierte Querschnittsansichten entlang der entsprechenden Querschnittslinien 7-16 in Fig. 1;
Fig. 17 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen bestimmter Beziehungen der Lüfterschaufel.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Fig. 1 und 2 zeigen die allgemeine Ausgestaltung und Anordnung eines ummantelten Axiallüfters 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Lüfter 20 besitzt eine zentrale Nabe 22, einen ringförmigen Mantel 24 und eine Anzahl von Schaufeln 26, die zwischen der Nabe 22 und dem Mantel 24 radial verlaufen. Die Schaufeln 26 sind in Richtung der Lüfterumdrehung vorwärts angestellt. Die Vorderkanten der Schaufeln sind mit 28 und die Hinterkanten mit 30 bezeichgefähr sinusförmig. Sie besitzt einen axial vertieften Bereich 32, der radial innerhalb eines axial erhabenen Bereichs 34 liegt. Wie bei axialer Draufsicht auf Fig. 1 zu sehen ist, nimmt der vertiefte Bereich 32 eine Zone ein, die durch die gestrichelte Linie 36 angenähert ist, während der axial erhabene Bereich eine Zone einnimmt, die durch die gestrichelten Linien 38 näherungsweise dargestellt ist. Es versteht sich, daß die gestrichelten Linien 36 und 38 keine scharfen Trennlinien sind, sondern dar diese Zonen vielmehr weich ineinander und in den Rest der Schaufel übergehen.
Die in den Fig. 7 bis 16 gezeigten Querschnitte sind projizierte Querschnitte an unterschiedlichen Radien. Die Projektion erfolgt in der Weise, daß Radien vom Mittelpunkt des Lüfters zu verschiedenen Punkten entlang eines der gekrümmten Querschnitte der Fig. 1 gezogen und dann senkrecht auf eine Linie 4 projiziert werden, die durch den Hinterkantenpunkt des Querschnitts verläuft. Eine zwischen dem Vorderkanten- und Hinterkantenpunkt des Querschnitts gezogene Linie 46 schneidet die Linie 44, um den Winkel Q zu bilden. Das Anstellverhältnis (pitch ratio) irgendeines speziellen Schaufelquerschnitts entsprechend den Querschnitten der Fig. 7 bis 16 beträgt 6,28 x den dimensionslosen Radius des Querschnitts x den Tangens Q. Jede Schaufel besitzt eine charakteristische Beziehung, die durch das Diagramm der Fig. 17 definiert wird. Diese Figur zeigt das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis als Funktion des dimensionslosen Radius der Schaufel. Für dimensionslose Radien zwischen 0,4 und 0,495 beträgt das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis näherungsweise 1,07. Für dimensionslose Radien zwischen 0,55 und 0,675 ist das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis näherungsweise 1,044. An einem dimensionslosen Radius von 0,850 ist das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis näherungsweise 1,105. Für dimensionslose Radien zwischen 0,495 und 0,55 wird das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis kleiner, für dimensionslose Radien zwischen 0,675 und 0,85 wird es größer, und für dimensionslose Radien, die größer als 0,85 sind, wird es kleiner. Bei der praktischen Herstellung eines Lüfters gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Herstellungstoleranz von plus oder minus 0,03 für die dimensionslosen Radien vorgesehen werden. Das durchschnittliche Anstellverhältnis ist ein Durchschnitt der Anstellverhältnisse an einer Anzahl von dimensionslosen Schaufelradien, die ausreicht, um das tatsächliche durchschnittliche Anstellverhältnis zumindest anzunähern.
Die Schaufeln haben ferner ein spezielles Neigungsverhältnis. Der Zähler des Verhältnisses wird durch den axialen Abstand zwischen dem radial äußersten Punkt und dem radial innersten Punkt einer Schaufel in einem radialen Querschnitt der Schaufel bestimmt (Abmessung B in Fig. 3). Der Nenner wird durch den radialen Abstand zwischen diesen beiden Punkten bestimmt (Abmessung A in Fig. 3). Für jede Schaufel eines bestimmten Lüfters ist das Neigungsverhältnis in der Umfangserstreckung jeder Schaufel im wesentlichen konstant, und das Neigungsverhältnis ist von Schaufel zu Schaufel im wesentlichen das gleiche.
Bei einer typischen Lüfterauslegung ist das Neigungsverhältnis größer als Null, jedoch kleiner als 0,2. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung einer Rückwärtsneigung im Lüfter eine erhebliche Vergrößerung des Axialstroms hervorrufen kann. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn der Lüfter in bestimmte Kraftfahrzeug-Kühlmodule eingesetzt wird, da hierdurch die Luftmenge verringert wird, die durch den Kühler zurückgeführt wird.

Claims

1. Ummantelter Axiallüfter mit mehreren in Vorwärtsrichtung angestellten Schaufeln, die sich zwischen einer zentralen Nabe und einem ringförmigen Mantel erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dar jede Schaufel eine charakteristische Beziehung besitzt, wonach das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis als Funktion des dimensionslosen Radius der Schaufel im wesentlichen konstant ist für dimensionslose Radien zwischen 0,4 plus oder minus 0,03 und 0,495 plus oder minus 0,03, kleiner wird für dimensionslose Radien zwischen 0,495 plus oder minus 0,03 und 0,55 plus oder minus 0,03, im wesentlichen konstant ist für dimensionslose Radien zwischen 0,55 plus oder minus 0,03 und 0,675 plus oder minus 0,03, größer wird für dimensionslose Radien zwischen 0,675 plus oder minus 0,03 und 0,850 plus oder minus 0,03 und kleiner wird für dimensionslose Radien, die größer als 0,850 plus oder minus 0,03 sind, wonach das Anstellverhältnis an jedem beliebigen speziellen dimensionslosen Radius 6,28 x dem dimensionslosen Radius x dem Tangens Q beträgt, worin Q der spitze Winkel zwischen einer ersten und einer zweiten Linie ist, von denen die erste Linie zwischen den Vorderkanten- und Hinterkantenpunkten einer ebenen Projektion des Querschnitts der Schaufel entlang des speziellen dimensionslosen Radius verläuft und die zweite Linie durch den Hinterkantenpunkt verläuft und auf der Projektionsrichtung senkrecht steht, und wonach das durchschnittliche Anstellverhältnis der Schaufel ein Durchschnitt der Anstellverhältnisse an einer Anzahl von dimensionslosen Radien der Schaufeln ist, die ausreicht, um den tatsächlichen Durchschnitt zumindest anzunähern, wobei die Verbesserung ferner darin besteht, dar jede Schaufel ein Neigungsverhältnis besitzt, das größer als Null ist.

2. Lüfter nach Anspruch 1, bei dem das Anstellverhältnis über dem durchschnittlichen Anstellverhältnis ungefähr 1,07 für dimensionslose Radien zwischen 0,4 plus oder minus 0,03 und 0,495 plus oder minus 0,03 beträgt, und ungefähr 1,044 für dimensionslose Radien zwischen 0,55 plus oder minus 0,03 und 0,675 plus oder minus 0,03 beträgt, und ungefähr 1,105 an einem dimensionslosen Radius von 0,850 beträgt.

3. Lüfter nach Anspruch 1, bei dem das Neigungsverhältnis kleiner als 0,2 ist.