DE10306144B4

DE10306144B4 - Axiallüfter

Info

Publication number: DE10306144B4
Application number: DE10306144A
Authority: DE
Inventors: Tetsunobu Numazu Suzuki
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-02-15
Also published as: CN1438426A; US6796771B2; DE10306144A1; KR20030069065A; US20030156945A1; JP2003239894A; FR2836186A1; CN1187530C; FR2836186B1; JP4161015B2; KR100506324B1

Abstract

Axiallüfter mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln, die in Umfangsrichtung in vorgegebenen Abständen angeordnet sind, wobei jede Lüfterschaufel
– im peripher umlaufenden Bereich eine Außenkante sowie
– bezogen auf die Drehrichtung des Lüfters eine Vorlauf- und eine Nachlaufkante aufweist
und wobei die Außenkante im Bereich der Nachlaufkante einen umgeformten Teil aufweist, der durch Biegen der Außenkante in Gegenstromrichtung gebildet ist, so dass ein der Außenkante benachbarter Bereich der Schaufel mit einem radial weiter innen liegenden Bereich der Schaufel einen Winkel von 5°–30° bildet und dazwischen ein Streifen (R) mit fließendem Übergang liegt, der sich durchgehend längs einer Linie (C) erstreckt, die von einer axialen Stelle α der Außenkante zu einer radialen Stelle β der Hinterkante verläuft, wobei α zwischen 0,8 bis 0,2 A sowie β zwischen 0,5 bis 0,1 B liegt, wenn mit A die Sehnenlänge zwischen Hinterkante und Vorderkante der Schaufel und mit B die radiale Erstreckung...

Description

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln, die in Umfangsrichtung in vorgegebenen Abständen angeordnet sind, wobei jede Lüfterschaufel im peripher umlaufenden Bereich eine Außenkante sowie bezogen auf die Drehrichtung des Lüfters eine Vorlauf- und eine Nachlaufkante aufweist und wobei die Außenkante im Bereich der Nachlaufkante einen umgeformten Teil aufweist.
Der Axiallüfter dieser Art umfasst ein Nabenelement, das direkt oder indirekt von der Antriebswelle des Verbrennungsmotors eines Hydraulikmotors, eines Elektromotors oder ähnlichem angetrieben wird, und eine Lüfterschaufel, die peripher am Nabenelement angeordnet ist. Die Lüfterschaufel erzeugt eine Flüssigkeitsströmung, wenn das Nabenelement gedreht wird. Die Lüfterschaufel ist in der Regel wie ein Propellerblatt geformt, um Flüssigkeit wirksam fördern zu können. Bei derartigen Axiallüftern besteht das Problem, dass ein Rückstrom auftritt, d. h. dass ein Teil der geförderten Flüssigkeit um die Lüfterschaufel herum von der Druckseite zur Saugseite, also in Gegenstromrichtung fließt, wodurch der Wirkungsgrad des Axiallüfters verschlechtert wird. Zur Verhinderung des Rückstroms ist in der JP-A-4086399 ein Axiallüfter vorgeschlagen worden, bei dem die Strömung im radial außen liegenden Bereich der Lüfterschaufel verbessert ist.

Diese bekannte Lüfterschaufel ist im radial außen liegenden Bereich der Nachlaufkante derart umgeformt, dass ein erster, dreieckiger Teil 14 zur Saugseite des Lüfterflügels und ein sich daran anschließender zweiter dreieckiger Teil 15 zur Druckseite des Lüfterflügels abgewinkelt ist. Beide Teile 14, 15 sind einstückig mit dem Lüfterflügel ausgebildet. Teil 15 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, in der auch die Drehachse des Axiallüfters verläuft. Dadurch wird beim Betrieb des Axiallüfters ein Teil der axial geförderten Flüssigkeit radial nach außen, d. h. zentrifugal abgelenkt, und bildet eine Sperre, die verhindert, dass ein Rückstrom entsteht.

Diese Wirkung wird allerdings nicht im gesamten Förderbereich des Axiallüfters erreicht. Hinzu kommt, dass seit einigen Jahren für die höheren Leistungen der Verbrennungsmotoren höhere Leistungen der Axiallüfter mit entsprechend höherer Antriebsleistung benötigt werden. Daraus resultiert die Forderung nach Axiallüftern, die möglichst große Fördermengen mit möglichst kleiner Antriebsleistung erbringen können. Auch diese Forderung kann der bekannte Axiallüfter nicht erfüllen.

Das gilt im Wesentlichen auch für den aus der DE 3412916 A1 bekannten Lüfterflügel. Hier geht es darum, bei einem Axiallüfter „eine radial auswärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente" zu unterdrücken. Zu diesem Zweck soll der Lüfterflügel an seiner außen liegenden Stirnkante mit einer Ablenkfläche 12 versehen werden, die in Drehrichtung des Lüfters in einer Breite abgebogen ist, welche von der vorlaufenden Kante 14 zur nachlaufenden Kante 13 hin zunimmt. Abgesehen davon, dass hier die in der JP-A-4086399 zur Vermeidung der Rückströmung als positiv angesehene Zentrifugalkomponente des Flüssigkeitsstroms unterdrückt werden soll, befasst sich die DE 3412916 A1 nicht mit der Verbesserung des Wirkungsgrades eines Axiallüfters, sondern mit der Vermeidung unerwünschter Geräusche bei einem Axiallüfter mit einem Ringglied, das von radial ausgerichteten Streben gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Axiallüfter die Rückströmung zu vermeiden, ohne dass die Antriebsleistung erhöht werden muss, mit anderen Worten einen Axiallüfter mit verbessertem Wirkungsgrad vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Axiallüfter der eingangs genannten Art der umgeformte Teil durch Biegen der Außenkante in Gegenstromrichtung gebildet ist, so dass eine der Außenkante benachbarter Bereich der Schaufel mit einem radial weiter innen liegenden Bereich der Schaufel einen Winkel von 5° bis 30° bildet und dazwischen ein Streifen (R) mit fließendem Übergang liegt, der sich durchgehend längs einer Linie (C) erstreckt, die von einer axialen Stelle α der Außenkante zur radialen Stelle β der Hinterkante verläuft, wobei α zwischen 0,8 bis 0,2 A sowie β zwischen 0,5 bis 0,1 B liegt, wenn mit A die Sehnenlänge zwischen Hinterkante und Vorderkante der Schaufel und mit B die radiale Erstreckung der Schaufel bezeichnet wird.

Die Erfindung wird anhand der 1 bis 9 näher erläutert.

(Weiter wie Seite 3, Absatz 2 der ursprünglichen Beschreibung beginnend mit „1 zeigt die Vorderansicht ...").

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt die Vorderansicht des Axiallüfters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

2 zeigt die vergrößerte Vorderansicht eines Teils der Schaufel dieses Axiallüfters.

3 zeigt den Schnitt entlang der Linie III-III in 2.

4 zeigt die Seitenansicht der Lüfterschaufel nach 2 von der rückwärtigen Kantenseite.

5 zeigt die Seitenansicht derselben Lüfterschaufel nach 2 von der vorderen Kantenseite.

6 zeigt ein Schaubild der Beziehung zwischen A'/A und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E, wenn B' = 1/3B und θ = 20 ° in dem Axiallüfter gemäß der Erfindung ist.

7 zeigt ein Schaubild der Beziehung zwischen B'/B und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E, wenn A' = 1/2A und θ = 20 ° in dem Axiallüfter gemäß der Erfindung ist.

8 zeigt ein Schaubild der Beziehung zwischen θ und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E bei 1/2A, 1/3B in dem Axiallüfter gemäß der Erfindung.

9 zeigt ein Schaubild des statischen Drucks P, der Leistungsaufnahme L und dem statischen Wirkungsgrad E gegenüber der Luftmenge Q gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In dieser Erfindung bezeichnen die Bezugszahl 1 ein Nabenelement, die Bezugszahl 2 eine Lüfterschaufel, die Bezugszahl 2a einen gebogenen Abschnitt, die Bezugszahl 3 eine Stahleinlage, die Bezugszahl 4 ein Montageloch, das Bezugszeichen A eine Profilsehne der Schaufelspitze, das Bezugszeichen A' eine Länge des gebogenen Abschnitts von A bis 1/5A, die sich von der rückwärtigen Kantenseite der Schaufelspitze zur vorderen Kantenseite der Schaufelspitze erstreckt, das Bezugszeichen B eine radiale Länge der Schaufel, das Bezugszeichen B' eine Länge des gebogenen Abschnitts von 1/2B bis 1/10B, die sich radial von der rückwärtigen Kante der Schaufelspitze erstreckt, das Bezugszeichen α einen Punkt in der Breite von A', das Bezugszeichen β einen radialen Punkt von B', das Bezugszeichen C eine Linie, die α und β verbindet, und das Bezugszeichen Θ einen Biegewinkel eines gebogenen Abschnitts 2a der Schaufel.

Mit anderen Worten, der Axiallüfter gemäß der Erfindung beinhaltet eine Vielzahl Kunststofflüfterschaufeln 2, die am äußeren Umfang eines Kunststoffnabenelements 1 angeformt sind, das eine kreisförmige Stahleinlage 3 umfasst, die mit einem Montageloch 4 an deren Umfang ausgebildet und darin eingesetzt ist, und beinhaltet einen gebogenen Abschnitt 2a an der Seitenfläche der rückwärtigen Kantenseite der Schaufelspitze. Der gebogene Abschnitt 2a ist, wie in 2 und 3 gezeigt, durch Biegen der Schaufel in Gegenstromrichtung entlang der Linie C, die einen Punkt α in der Breite der Länge A', entsprechend der Länge zwischen A und 1/5A, von der rückwärtigen Kante der Spitze der Lüfterschaufel 3 zu deren vorderer Kante und einen radialen Punkt β der Länge B', entsprechend 1/2B bis 1/10B der rückwärtigen Kante der Spitze der Lüfterschaufel 2, verbindet, mit einem Biegewinkel von 0 = 5 bis 30 Grad mit einer glatten Rundung R ausgebildet. Die Rundung R kann abhängig von der Größe der Schaufel, der Dicke des Schaufelblattes, der Wölbung und ähnlichen Faktoren unterschiedlich ausgebildet sein, ist aber vorzugsweise gleichmäßig und glatt ausgebildet, so dass sie die Flüssigkeitsströmung im gebogenen Abschnitt nicht unterbricht, und so dimensioniert, dass keine Belastungskonzentration entsteht.

Der Grund dafür, dass die Eigenschaften des gebogenen Abschnittes 2a, der an der Seitenfläche der Schaufelspitze an der rückwärtigen Kantenseite ausgebildet ist, beinhalten, dass der gebogene Abschnitt 2a an der Linie C, die den Punkt α in der Breite der Länge A', entsprechend der Längen zwischen A und 1/5A, von der rückwärtigen Kante der Spitze der Lüfterschaufel 2 zu deren vorderer Kante und den radialen Punkt β einer Länge B', entsprechend der Länge zwischen 1/2 B und 1/10B von der rückwärtigen Kante der Spitze der Lüfterschaufel 2 verbindet, ist folgender:
Ist A' kleiner als 1/5A entspricht das fast einer nicht gebogenen Schaufel, so dass keine Wirkung zu erwarten ist.

Ist B' kleiner als 1/10B, entspricht das fast einer nicht gebogenen Schaufel, so dass keine Wirkung zu erwarten ist, ist es aber größer als 1/2B, kommt es zu einer stärkeren Verringerung der Luftmenge, was den Wirkungsgrad herabsetzen kann.

Der Grund für eine Begrenzung des Biegewinkels θ der Schaufelspitze auf 5 bis 30 Grad ist der, dass bei einem Winkel, der kleiner ist als 5 Grad, keine Wirkung zu erwarten ist, weil dieser fast einer nicht gebogenen Schaufel entspricht, und bei einem Winkel größer als 30 Grad der Wirkungsgrad herabgesetzt wird, weil die Luftmenge zu stark zurückgeht.

Die Rundung R ist nicht bestimmt, wobei eine Rundung um etwa 5 mm vorzuziehen ist.

6 bis 8 zeigen die Werte für den maximalen statischen Wirkungsgrad der Lüfterschaufel gemäß der Erfindung. 6 zeigt im Schaubild die Beziehung zwischen A'/A und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E, wobei B' = 1/3B und θ = 20 ° ist. 7 zeigt im Schaubild die Beziehung zwischen B'/B und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E, wobei A' = 1/2A und θ = 20 ° ist. 8 zeigt im Schaubild die Beziehung zwischen θ und dem maximalen statischen Wirkungsgrad E bei 1/2A, 1/3B. Diese Werte zeigen deutlich die Zweckmäßigkeit der genauen Festlegung der Eigenschaften des gebogenen Abschnitts in der Erfindung.

Das Verhalten des statischen Drucks P, der Leistungsaufnahme L und des statischen Wirkungsgrades E des Axiallüfters gemäß der Erfindung gegenüber der Luftmenge Q wird in 9 einem Axiallüfter gemäß verwandter Technik ohne gebogenen Abschnitt gegenübergestellt. Der in der vorliegenden Ausführungsform gewählte Axiallüfter ist so beschaffen, dass ein Außendurchmesser der Nabe 235 mm, eine Profilsehne der Schaufelspitze A 145 mm, eine radiale Länge der Schaufel B 145 mm und eine Schaufelanzahl von 9 vorgesehen sind. Der Vergleich der technischen Werte des Axiallüfters gemäß der Erfindung erfolgt auf folgender Grundlage: A' = 80 mm, B' = 35 mm, θ = 20 °, Rundung R = 10 mm und 2000 U/min.

Die Werte in 9 zeigen klar, dass der Axiallüfter gemäß der Erfindung in allen Merkmalen wie statischer Druck P, Leistungsaufnahme L und statischer Wirkungsgrad E gegenüber der Luftmenge Q überlegen ist.

Trotz des hier beispielhaft beschriebenen schaufelnabenintegrierten Lüfters, ist klar, dass auch der Gliederlüfter oder ähnliche Vorrichtungen gemäß der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-402750 anwendbar sind.

Diese Beschreibung zeigt klar, dass der Axiallüfter gemäß der Erfindung durch Verbesserung der Flüssigkeitsströmung an der rückwärtigen Kantenseite der Schaufelspitze ohne Beeinträchtigung der Flüssigkeitsströmung auf der vorderen Kantenseite der Schaufelspitze durch Ausbilden eines geeigneten gebogenen Abschnitts auf der rückwärtigen Kantenseite der Schaufelspitze einen besseren Wirkungsgrad erzielt, der Leistungsverlust ohne bedeutenden Einfluss auf die Luftmenge verhindert werden kann.

Claims

Axiallüfter mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln, die in Umfangsrichtung in vorgegebenen Abständen angeordnet sind, wobei jede Lüfterschaufel – im peripher umlaufenden Bereich eine Außenkante sowie – bezogen auf die Drehrichtung des Lüfters eine Vorlauf- und eine Nachlaufkante aufweist und wobei die Außenkante im Bereich der Nachlaufkante einen umgeformten Teil aufweist, der durch Biegen der Außenkante in Gegenstromrichtung gebildet ist, so dass ein der Außenkante benachbarter Bereich der Schaufel mit einem radial weiter innen liegenden Bereich der Schaufel einen Winkel von 5°–30° bildet und dazwischen ein Streifen (R) mit fließendem Übergang liegt, der sich durchgehend längs einer Linie (C) erstreckt, die von einer axialen Stelle α der Außenkante zu einer radialen Stelle β der Hinterkante verläuft, wobei α zwischen 0,8 bis 0,2 A sowie β zwischen 0,5 bis 0,1 B liegt, wenn mit A die Sehnenlänge zwischen Hinterkante und Vorderkante der Schaufel und mit B die radiale Erstreckung der Schaufel bezeichnet wird.