DE10100064A1

DE10100064A1 - Fan with axial blades, particularly for read vehicle radiator, has axial blades fixed to nave, with air guide components arranged in nave area and on suction side of axial blades, air guide components being formed as fin-type stabilizers

Info

Publication number: DE10100064A1
Application number: DE2001100064
Authority: DE
Inventors: Uwe Blas; Christoph Kurdzel
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2001-01-02
Publication date: 2002-07-04

Abstract

The fan with axial blades, particularly for a road vehicle radiator, has axial blades (2) fixed to a nave (3), with air guide components arranged in the nave area and on the suction side of the axial blades. The air guide components are formed as fin-type stabilizers (5), with their extent(s) in a peripheral direction being in the range of 0.01 t is less than or equal to s is less than or equal to 0.40 t, where t is the blade distribution. The length of the stabilizers corresponds approximately to the length of the axial blades. The front edge of the stabilizers is displaced in relation to the front edge of the blades in the air flow direction.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfter mit Axialschaufeln, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen nach den Ansprüchen 1 oder 2 der Hauptanmeldung 199 29 978.1 der Anmelderin.The invention relates to a fan with axial blades, in particular for radiators of motor vehicles according to claims 1 or 2 of the Main application 199 29 978.1 of the applicant.

Nach der vorgenannten Hauptanmeldung sind im nabennahen und saugseitigen Bereich der Axialschaufeln sogenannte Luftleitelemente angeordnet. Zusätzlich ist im druckseitigen Bereich der Axialschaufel eine sogenannte Nabenrampe vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungs form erstrecken sich die Luftleitelemente über die gesamte Schaufelteilung, das heißt von der Vorderkante einer Axialschaufel bis zur Vorderkante einer benachbarten Axialschaufel. Diese besondere Ausführungsform der Luftleitelemente, wie sie in den Fig. 3 und 4 der Hauptanmeldung dargestellt ist, bildet somit zwischen zwei Schaufeln eine durchgehende Fläche bzw. die Wand für einen geschlossenen Strömungskanal. Bei bestimmten Strömungszuständen können diese geschlossenen Strömungskanäle nachteilig sein, insbesondere können sie zu Staueffekten und Wirbel bildungen, das heißt zu Strömungsverlusten führen.According to the aforementioned main application, so-called air guiding elements are arranged in the area of the axial blades near the hub and on the suction side. In addition, a so-called hub ramp is provided in the pressure-side area of the axial blade. In a preferred embodiment, the air guiding elements extend over the entire blade pitch, that is to say from the front edge of an axial blade to the front edge of an adjacent axial blade. This particular embodiment of the air guiding elements, as shown in FIGS. 3 and 4 of the main application, thus forms a continuous surface or the wall for a closed flow channel between two blades. In certain flow conditions, these closed flow channels can be disadvantageous, in particular they can lead to congestion effects and eddies, that is to say flow losses.

Die Aufgabe dieser Zusatzanmeldung entspricht der der vorgenannten Hauptanmeldung, sie bezweckt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach der Hauptanmeldung, insbesondere eine Vermeidung der vorgenannten Staueffekte infolge eines geschlossenen Strömungskanals.The task of this additional application corresponds to that of the aforementioned Main application, it aims at a further advantageous embodiment of the Invention after the main application, in particular an avoidance of aforementioned congestion effects due to a closed flow channel.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patent anspruches 1: Demzufolge sind die Luftleitelemente als flossenartige Stabilisatoren ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung nur über einen Bereich von 1% bis 40% der Schaufelteilung erstrecken. Die Luftleit elemente belassen somit zwischen zwei Schaufeln und der Nabe einen offenen Strömungskanal, bei welchem die Nabenströmung und die Schaufelströmung kontrolliert geführt werden. Die Stabilisatoren im Schaufelwurzelbereich bewirken auf der Saugseite der Schaufeln eine Trennung von Naben- und Schaufelströmung und verhindern eine Ablösung der Strömung sowie eine schädliche Wirbelbildung.The solution to this problem results from the features of the patent Claim 1: Accordingly, the air guiding elements are as fin-like Stabilizers formed, which are only in the circumferential direction Range from 1% to 40% of the blade pitch. The air guide elements thus leave one between two blades and the hub open flow channel, in which the hub flow and Blade flow are controlled. The stabilizers in Blade root area cause a on the suction side of the blades Separation of hub and blade flow and prevent separation the flow as well as a harmful vortex formation.

Ähnliche flossenartige Luftleitelemente sind an sich bekannt, und zwar als sogenannte Grenzschichtzäune aus der DE 26 14 318 C2 oder als sogenannte Hilfsflügel aus der DE 27 56 880 C2. Allerdings sind diese Grenzschichtzäune bzw. Hilfsflügel nach dem Stand der Technik im radial äußersten Bereich der Schaufeln, das heißt im Schaufelblattspitzenbereich angeordnet. Diese Grenzschichtzäune sollen der Strömung einerseits Energie zuführen und andererseits eine Umströmung der Schaufelspitzen (von der Druck- zur Saugseite) verhindern. Dem gegenüber sind die erfindungsgemäßen Stabilisatoren im nabennahen Bereich, das heißt im Schaufelwurzelbereich angeordnet.Similar fin-like air guiding elements are known per se, namely as so-called boundary layer fences from DE 26 14 318 C2 or as so-called auxiliary wing from DE 27 56 880 C2. However, these are Border layer fences or auxiliary wings according to the prior art in the radial outermost area of the blades, that is in the blade tip area arranged. These boundary layer fences are supposed to flow on the one hand Supply energy and on the other hand a flow around the blade tips Prevent (from the pressure side to the suction side). They are opposite Stabilizers according to the invention in the vicinity of the hub, that is in the Blade root area arranged.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 nimmt die umfangseitige Erstreckung der Stabilisatoren in Luftströmungsrichtung zu - damit sind die Stabilisatoren an den Dickenzuwachs der Grenzschicht strömung bzw. der Wirbelbildung angepasst. Dies gilt insbesondere für die Weiterbildung nach Anspruch 3.According to a further embodiment of the invention according to claim 2 takes the circumferential extension of the stabilizers in the direction of air flow too - so are the stabilizers at the thickness increase of the boundary layer flow or vortex formation adjusted. This applies in particular to the Further training according to claim 3.

Nach weiteren vorteilhaften Ausbildungen der Erfindung entspricht die Länge der Stabilisatoren, in Luftströmungsrichtung gesehen, der Länge der Axialschaufeln, wobei die Vorderkante der Stabilisatoren etwas gegenüber der Schaufelvorderkante in Strömungsrichtung versetzt sein kann. According to further advantageous embodiments of the invention, the Length of the stabilizers, as seen in the direction of air flow, the length of the Axial blades, with the front edge of the stabilizers slightly opposite the blade leading edge can be offset in the flow direction.

Vorzugsweise ist die Fläche der Stabilisatoren in radialer Richtung leicht nach außen gekrümmt, das heißt leicht konkav ausgebildet. Auch diese Maßnahme trägt dem Verlauf der Strömung im Schaufelwurzelbereich Rechnung.The area of the stabilizers is preferably light in the radial direction curved outwards, that is, slightly concave. This too Measure takes the course of the flow in the blade root area Bill.

Gemäß Anspruch 7 ist es vorteilhaft, wenn die Stabilisatoren in einem radialen Bereich von 0 bis 40% der Schaufelhöhe H, vorzugsweise von 0 bis 20% angeordnet sind. In diesem Bereich kann die Nabenströmung und die Strömung an der Schaufelwurzel am effektivsten beeinflußt werden.According to claim 7, it is advantageous if the stabilizers in one radial range from 0 to 40% of the blade height H, preferably from 0 up to 20% are arranged. In this area the hub flow and the flow at the blade root can be most effectively influenced.

In weiterer Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 weist die Nabe in ihrem inneren Bereich eine Flüssigkeitsreibungskupplung auf, die an ihrer Frontseite radial ausgerichtete Kühlrippen aufweist. Letztere erzeugen eine im wesentlichen radial ausgerichtete Luftströmung, eine sog. Kühlluft strömung.In a further embodiment of the invention according to claim 8, the hub in a fluid friction clutch on its inner area, which on its Front has radially aligned cooling fins. The latter generate one essentially radially oriented air flow, a so-called cooling air flow.

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 9 sind jedem Stabilisator Radialschaufelelemente zugeordnet, das heißt sogenannte Strömungsteiler nach der Hauptanmeldung. Letztere greifen mit ihrer Vorderkante in die radial ausgerichtete Kühlluftströmung ein und lenken diese relativ verlustarm auf die Druckseite der Schaufeln, das heißt in den Bereich der Nabenrampe um.According to a development according to claim 9, each stabilizer Associated with radial blade elements, that is to say so-called flow dividers after the main registration. The latter reach into the front edge radially oriented cooling air flow and steer this relatively low loss on the pressure side of the blades, i.e. in the area of the hub ramp around.

Nach einer Weiterbildung gemäß Anspruch 10 bilden die äußeren Flächen des Radialschaufelelementes und der Nabenrampe eine gemeinsame Fläche, so daß ein günstiger Strömungsverlauf im Nabenbereich erreicht wird.According to a development according to claim 10, the outer surfaces of the radial blade element and the hub ramp a common one Area so that a favorable flow in the hub area is achieved becomes.

Nach einer Weiterbildung gemäß Anspruch 11 gehen die Flächen des Stabilisators, des Radialschaufelelementes und der Nabenrampe ineinander über, so daß die Schaufelwurzel druck- und saugseitig von einer gemeinsamen Fläche umgeben ist, die eine besonders verlustarme Strömung erzeugt.According to a further development according to claim 11, the areas of the Stabilizer, the radial blade element and the hub ramp into each other over, so that the blade root pressure and suction side of one common area is surrounded, which is a particularly low loss Flow generated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it

Fig. 1 den Lüfter in einer perspektivischen Ansicht von vorn, Fig. 1 the fan in a perspective view from the front,

Fig. 2 den Lüfter in einer Seitenansicht, Fig. 2 shows the fan in a side view;

Fig. 3 den Lüfter in einer Ansicht von vorne, Fig. 3 shows the fan in a view from the front,

Fig. 4 den Lüfter in einer Ansicht von hinten, Fig. 4 the fan in a view from behind,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch den Lüfter in der Ebene V-V, Fig. 5 is an axial section through the fan in the plane VV,

Fig. 6 einen Axialschnitt durch den Lüfter in der Ebene VI-VI, Fig. 6 is an axial section through the fan in the plane VI-VI,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Nabenbereiches und Fig. 7 is an enlarged view of the hub area and

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Stabilisatoren, integriert mit Strömungsteiler. Fig. 8 shows another embodiment of the stabilizers, integrated with a flow divider.

Fig. 1 zeigt einen Axiallüfter 1 mit acht im wesentlichen radial ausgerichteten Lüfterschaufeln 2, die auf einer Nabe 3 befestigt sind. Dieser Lüfter 1 bzw. dessen Nabe 3 ist auf einer Flüssigkeitsreibungskupplung 4 mit radial verlaufenden Kühlrippen 4' befestigt, die den Lüfter 1 in Richtung des Pfeiles A antreibt. Im Bereich der Nabe 3 sind Stabilisatoren 5 und Radialschaufelelemente 6 angeordnet. Fig. 1 shows an axial flow fan 1 with eight substantially radially oriented fan blades 2 which are mounted on a hub 3. This fan 1 or its hub 3 is fastened on a fluid friction clutch 4 with radially extending cooling fins 4 ′, which drives the fan 1 in the direction of arrow A. Stabilizers 5 and radial blade elements 6 are arranged in the area of the hub 3 .

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Lüfters 1 mit einer Ansicht auf die Schaufel 2 in Richtung deren radialer Längsachse. Diese Schaufel 2 weist eine Vorderkante bzw. Anströmkante 7, eine Hinter- bzw. Abströmkante 8 sowie eine Saugseite 9 und eine Druckseite 10 auf. Auf der Saugseite 9 ist der flossenartig ausgebildete Stabilisator 5 angeordnet, der eine äußere Begrenzungslinie 11 und eine innere Begrenzungslinie 12 (an der Verbindungsstelle mit der Schaufel 2) aufweist. Die umfangseitige Erstreckung s des Stabilisators 5 nimmt von der Anströmseite (s₁) zur Abströmseite (s₂) hin zu, d. h. s₂ < s₁. Die Länge I des Stabilisators 5 entspricht im wesentlichen der Schaufellänge L, wobei die Vorderkante 13 des Stabilisators 5 gegenüber der Schaufelvorderkante 7 etwas zurückversetzt ist, während die Hinterkante 14 etwa bündig mit der Hinterkante 8 der Schaufel abschließt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Länge L ca. 175 mm betragen. FIG. 2 shows a side view of the fan 1 with a view of the blade 2 in the direction of its radial longitudinal axis. This blade 2 has a leading edge or leading edge 7 , a trailing or trailing edge 8 and a suction side 9 and a pressure side 10 . The fin-like stabilizer 5 is arranged on the suction side 9 and has an outer boundary line 11 and an inner boundary line 12 (at the connection point with the blade 2 ). The circumferential extension s of the stabilizer 5 increases from the inflow side (s ₁ ) to the outflow side (s ₂ ), ie s ₂ <s ₁ . The length I of the stabilizer 5 essentially corresponds to the blade length L, the front edge 13 of the stabilizer 5 being set back somewhat from the front edge 7 of the blade, while the rear edge 14 is approximately flush with the rear edge 8 of the blade. In a preferred embodiment, the length L can be approximately 175 mm.

Das Maß s₂ beträgt bei einer Schaufelteilung von t = π . D : Z = π . 330 : 8 ≈ 130 mm, ca. 25-30 mm, d. h. etwa 20% der Schaufelteilung im Nabenbereich (Nabendurchmesser D_N = 330).The dimension s ₂ is at a blade pitch of t = π. D: Z = π. 330: 8 ≈ 130 mm, approx. 25-30 mm, ie about 20% of the blade pitch in the hub area (hub diameter D _N = 330).

Im frontseitigen Bereich der Nabe 3 ist in Strömungsrichtung (das heißt entgegen der Drehrichtung A) vor der Schaufelvorderkante 7 das Radial schaufelelement 6 angeordnet, welches in der Hauptanmeldung auch als Strömungsteiler bezeichnet wurde. Dieses Radialschaufelelement überdeckt in axialer Richtung den vorderen Teil der Flüssigkeitsreibungskupplung 4, während die Vorderkante 15 der Nabe 3 in diesem Bereich etwas zurückgesetzt ist.In the front area of the hub 3 , the radial blade element 6 , which was also referred to in the main application as a flow divider, is arranged in the flow direction (that is, counter to the direction of rotation A) in front of the blade leading edge 7 . This radial blade element covers the front part of the fluid friction clutch 4 in the axial direction, while the front edge 15 of the hub 3 is set back somewhat in this area.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Lüfters 1 von vorn, das heißt in Richtung der Drehachse M. Die Lüfterblätter 2 weisen eine radiale Erstreckung bzw. Höhe H auf. Innerhalb eines radialen Bereiches von Null bis maximal 40% der Schaufelhöhe H sind die Stabilisatoren 5 angeordnet, die leicht konkav ausgebildet sind, daß heißt in radialer Richtung nach außen gekrümmt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Schaufelhöhe H = 210 mm bei dem bereits erwähnten Nabendurchmesser D_N = 330 mm. Der Stabilisator erstreckt sich radial über einen Bereich von etwa Null bis r₁ = 30 mm, d. h. 14% der Schaufelhöhe H. Aus dieser Darstellung der Stabilisatoren 5 wird auch erkennbar, daß diese in axialer Richtung (in Richtung der Rotationsachse M) entformbar sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Lüfter als Kunststoffteil gespritzt oder als Gußteil hergestellt wird. Die gestrichelten Linien 16 zeigen den Verlauf der Nabenrampe auf der Rückseite (Druckseite) der Schaufel 2. Fig. 3 shows a view of the fan 1 from the front, that is to say in the direction of the axis of rotation M. The blades 2 have a radial extension or height H. Within a radial range from zero to a maximum of 40% of the blade height H, the stabilizers 5 are arranged, which are slightly concave, that is curved outward in the radial direction. In the preferred embodiment, the blade height H = 210 mm with the hub diameter D _N = 330 mm already mentioned. The stabilizer extends radially over a range from approximately zero to r ₁ = 30 mm, ie 14% of the blade height H. From this illustration of the stabilizers 5 it can also be seen that they can be demolded in the axial direction (in the direction of the axis of rotation M). This is particularly advantageous if the fan is injection molded as a plastic part or manufactured as a cast part. The dashed lines 16 show the course of the hub ramp on the back (pressure side) of the blade 2 .

Fig. 4 zeigt den Lüfter 1 in einer Ansicht von hinten, das heißt in Richtung der Rotationsachse M. Man blickt also auf die Druckseite 10 der Lüfterschaufeln 2: Dort ist im Naben- bzw. Schaufelwurzelbereich die Nabenrampe durch die Linie 16 schematisch angedeutet. Mit der Bezugsziffer 5' ist der Teil der Stabilisatoren 5 bezeichnet, der über die Hinterkante 8 der Lüfterblätter 2 hinaus steht. Fig. 4 shows the fan 1 in a view from behind, i.e. in the direction of the rotational axis M. Thus, you look at the pressure side 10 of the fan blades 2: There the hub ramp is indicated schematically by the line 16 in the hub or root blade portion. The reference number 5 'denotes the part of the stabilizers 5 which extends beyond the rear edge 8 of the fan blades 2 .

Fig. 5 zeigt einen Axialschnitt durch den Lüfter 1 entlang der Linie V-V in Fig. 4. Das Lüfterblatt 2, welches als Kunststoffteil gespritzt ist, weist in seinem linken, das heißt saugseitigen Bereich den etwa rechtwinklig abstehenden Stabilisator 5 auf, der an die Lüfterschaufel 2 angespritzt ist. Auch hier wird die axiale Entformbarkeit der Stabilisatoren 5 deutlich. Auf der rechten Seite der Schaufel ist mit der Bezugsziffer 16 die Oberkante der Nabenrampe markiert. Fig. 5 shows an axial section through the fan 1 along the line VV in Fig. 4. The fan blade 2, which is injected as a plastic part, has in its left, that is, suction-side region to approximately projecting at right angles stabilizer 5 that the fan blade 2 is molded. The axial demoldability of the stabilizers 5 is also evident here. The upper edge of the hub ramp is marked with the reference number 16 on the right side of the blade.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4 mit Blickrichtung auf die Saugseite 9 der Schaufel 2. Auch hier wird für den geschnittenen Bereich 5 des Stabilisators 5 die axiale Entformbarkeit deutlich. FIG. 6 shows a section along the line VI-VI in FIG. 4 looking towards the suction side 9 of the blade 2 . Here, too, the axial demoldability is clear for the cut region 5 of the stabilizer 5 .

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung, das heißt eine Teilansicht der Fig. 1 für den Schaufelwurzelbereich. Man erkennt hier deutlich nochmals die Flächen der Stabilisatoren 5, der Radialschaufelelemente bzw. Strömungsteiler 6 sowie der Nabenrampe 16. Die Flächenelemente 5 und 6 sind bei dieser Ausführungsform durch die Vorderkante 7 der Schaufel 2 unterbrochen. FIG. 7 shows an enlarged representation, that is to say a partial view of FIG. 1 for the blade root region. The surfaces of the stabilizers 5 , the radial blade elements or flow dividers 6 and the hub ramp 16 can clearly be seen here again. The surface elements 5 and 6 are interrupted in this embodiment by the front edge 7 of the blade 2 .

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die außenliegenden Flächen 5a und 6a der Stabilisatoren 5 und der Radialschaufelelemente 6 derart ineinander integriert sind, daß sie eine gemeinsame, übergangslose Fläche mit einer gemeinsamen Vorderkante 17 bilden. Das Flächenelement 6a geht also einerseits auf der Saugseite der Schaufel 2 in das Flächenelement 5a und andererseits auf der Druckseite der Schaufel in das Flächenelement 16 der Nabenrampe über. Dadurch wird eine verlustarme Umströmung der Schaufelwurzel, das heißt im Nabenbereich erzielt, wobei die im wesentlichen radial ausgerichtete Kühlluftströmung der Flüssigkeitsreibungskupplung mit der Schaufel umströmung kontrolliert zusammengeführt wird. Damit kann die Leistung dieses Lüfters, insbesondere in Verbindung mit der Kupplung verbessert werden. Fig. 8 shows a further embodiment in which the outer surfaces 5 a and 6 a of the stabilizers 5 and the radial blade elements 6 are integrated into one another such that they form a common, seamless surface with a common front edge 17 . The surface element 6 a thus merges with the surface element 5 a on the suction side of the blade 2 and with the surface element 16 of the hub ramp on the pressure side of the blade. This results in a low-loss flow around the blade root, that is to say in the hub area, the essentially radially oriented cooling air flow of the fluid friction clutch being brought together in a controlled manner with the flow around the blade. This can improve the performance of this fan, especially in connection with the clutch.

Claims

1. fan with axial blades, in particular for radiators of motor vehicles, the axial blades (2) are mounted on a fan hub (3) and in the region of the hub and essentially on the intake side (9) of the axial blades (2) air guiding elements are arranged (in accordance with Claim 1 or 2 or main application 199 29 978.1), characterized in that the air guide elements are designed as fin-like stabilizers ( 5 , 5 a), the extent of which s in the circumferential direction is in the range from 0.01 t ≦ s ≦ 0.40 t, where t is the blade pitch.

2. Fan according to claim 1, characterized in that the Extension s increases seen in the axial or air flow direction.

3. Fan according to claim 2, characterized in that the extension s in the air inflow area ( 13 ) is about 0.01 t to 0.05 t and in the air outflow area ( 14 ) is up to 0.40 t.

4. Fan according to claim t or 2 or 3, characterized in that the length I of the stabilizers ( 5 ) corresponds approximately to the length L of the axial blades ( 2 ).

5. Fan according to claim 4, characterized in that the front edge ( 13 ) of the stabilizers ( 5 ) relative to the front edge ( 7 ) of the blades ( 2 ) is offset in the air flow direction.

6. Fan according to claim 4, characterized in that the rear edge ( 14 ) of the stabilizers ( 5 ) with the rear edge ( 8 ) of the blade ( 2 ) closes.

7. Fan according to one of the preceding claims 1-6, characterized in that the stabilizers ( 5 , 5 a) are arranged in a radial range r of 0 ≦ r ≦ 0.40 H, where H is the radial extent (height) of the Bucket ( 2 ) is.

8. Fan according to one of the preceding claims, characterized in that a liquid friction clutch ( 4 ) with radially extending cooling fins ( 4 ') is arranged within the hub ( 3 ).

9. Fan according to claim 8, characterized in that each stabilizer ( 5 ) is assigned a radial blade element ( 6 ) (flow divider after the main application), which in the direction of rotation A of the fan ( 1 ) behind the stabilizer ( 5 ) and in the radial direction within the stabilizer ( 5 ) is arranged.

10. Fan according to claim 9, characterized in that the outer surface of the radial blade element ( 6 ) in the hub ramp ( 16 ) on the pressure side ( 10 ) of the blade ( 2 ) merges.

11. Fan according to claim 9 or 10, characterized in that the surfaces ( 5 a, 6 a) of stabilizer ( 5 ) and radial blade element ( 6 ) merge into one another and have a continuous front edge ( 17 ).