DE112008001022B4

DE112008001022B4 - Synergetische Flügel- und Nabenstruktur für Kühlgebläse

Info

Publication number: DE112008001022B4
Application number: DE112008001022.6T
Authority: DE
Inventors: Michael M. Surls
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2008-05-10
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2028-05-11
Also published as: CN101657619B; JP2010526960A; KR20100016598A; CN101657619A; US20100092297A1; WO2008141253A1; DE112008001022T5; US8240996B2

Abstract

Gebläsestruktur (10), umfassend:- ein Nabenglied (15);- mehrere Flügelglieder (20),• die sich allgemein radial von dem Nabenglied (15) aus nach außen erstrecken; und• die eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweisen; und- mehrere spiralförmige Winkelstückglieder (25),• wobei die Anzahl an Winkelstückgliedern (25) der Anzahl an Flügelgliedern (20) entspricht; und• wobei sich jedes der Winkelstückglieder (25) von dem Nabenglied (15) aus erstreckt, dadurch gekennzeichnet,- dass sich die Winkelstückglieder (25) von dem Nabenglied (15) über die Oberflächen jedes der Flügelglieder (20) erstrecken, und- dass sich die Winkelstückglieder (25) zur Vereinigung von Flügelgliedern (20) von der Vorderkante eines Flügelgliedes (20) zu der Hinterkante (24) eines benachbarten Flügelgliedes (20) erstrecken.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gebläsestruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, die insbesondere Kühlgebläse für Kraftfahrzeuge und andere Fahrzeuge betrifft. Eine derartige Gebläsestruktur ist aus der DE 601 28 435 T2 bekannt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motoren für Kraftfahrzeuge, Lastkraftwagen oder andere Fahrzeuge arbeiten bei hohen Betriebstemperaturen und erfordern somit verschiedene Mechanismen zur Bereitstellung von Kühlung. Zum Bereitstellen von Kühlung für solche Motoren werden in der Regel allgemein eine Zirkulation eines Kühlfluids und/oder eine Zwangszirkulation von Luft an dem Motor und seinen Komponenten und Zubehörteilen vorbei verwendet.
Wasser- oder fluidgekühlte Motoren, die Kühler verwenden, die in der ankommenden Luftströmung positioniert sind, werden zum Kühlen des Wassers oder eines anderen Fluids verwendet, nachdem es durch den Motor erhitzt worden ist. Kühlgebläse werden bei dem Kühler positioniert, um die Luftströmung durch den Kühler zu zwingen oder zu ziehen und somit das Wasser oder das andere Fluid zu kühlen.
Anfänglich wurden fast alle Kühlgebläse aus einem Metallmaterial hergestellt. Heutzutage ist es üblicher, dass die Kühlgebläse aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Die Gebläse können ein Glied von traditionellem Typ mit einer Zentralnabe und mehreren sich nach außen erstreckenden Laufflügeln sein oder das Gebläse kann ein Gebläse vom Ringtyp sein mit einem an den Enden oder Spitzen der Flügel positionierten Umfangsring.
Außerdem wird in der Regel ein Kanal- oder Verkleidungsglied um das Gebläseglied herum positioniert, um das Lenken der Luftströmung in dem Motorraum des Fahrzeugs auf gewünschte Weise lenken zu helfen.
Es besteht ein Bedarf an verbesserten Kühlgebläsen zur Verwendung in Lastkraftwagen, Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen. Es besteht ein besonderer Bedarf an dem Verbessern von Kühlgebläsen, die aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind, die vergrößerte Steifheit und Beständigkeit aufweisen und die auf leichtere Weise hergestellt werden können.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Gebläseglied insbesondere zur Verwendung als ein Kühlgebläse in Lastkraftwagen, Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen bereit. Die Erfindung stellt ein Gebläse bereit, das aus einem Kunststoffmaterial mit minimalem Gewicht und maximaler Steifheit hergestellt ist. Spiralförmige Winkelstücke werden vorgesehen, die von dem Nabendurchmesser eines Flügelglieds zu der Hinterkante eines benachbarten Flügelglieds verlaufen. Die gekrümmten Winkelstücke erzielen eine Triangulationsstruktur zwischen zwei benachbarten Flügeln, was die Steifheit und Beständigkeit des Gebläseglieds heraufsetzt. Die spiralförmigen Winkelstücke liefern strukturelle Lastwege sowie aerodynamische Strömungsführungen zum Bewegen der Luft von dem vorderen Gebläsenabengebiet zu dem Flügelströmungsweggebiet.
Da das Winkelstück in einer gekrümmten spiralförmigen Richtung zur Vorderkante seines assoziierten Flügelglieds verläuft, erstreckt es sich axial nach hinten zur Hinterkante des vorausgegangenen Flügelglieds. Dadurch erhält man eine strukturelle Befestigung zwischen den Vorder- und Hinterkanten von benachbarten Flügelgliedern. Dadurch erhält man auch eine strukturelle Biegesteifheit zwischen den Flügelgliedern.
Die Flügelvorderkante ist auch erweitert, damit sie dem spiralförmigen Winkelstück in das Nabengebiet folgt. Die Rückseite des Gebläses in dem Nabengebiet unter dem spiralförmigen Winkelstück ist axial nach vorne ausgehöhlt und besitzt bevorzugt eine Dreiecksgestalt. Dadurch erhält man eine minimale Materialstruktur, aber eine mit hervorragender Struktursteifheit und -festigkeit.
Weitere Vorzüge, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform eines Kühlgebläseglieds gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Rückansicht des Kühlgebläses, wie in 1 gezeigt.
3 ist eine weitere Ansicht der Kühlgebläseausführungsform wie in 1 und 2 gezeigt, wobei verdeckte Linien die spiralförmigen Winkelstücke zeigen.
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Rückseite des Kühlgebläses, wie es in 1-3 gezeigt ist und das bevorzugt bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildete dreieckige hohle Gebiet zeigt.
5 und 6 sind Querschnittsdarstellungen der in 1 gezeigten Gebläseausführungsform, wobei die Querschnitte entlang Linien 5-5 bzw. 6-6 in 3 genommen sind.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung liefert eine synergistische Flügel- und Nabenstruktur für Kühlgebläse. Die Kühlgebläse werden insbesondere in Fahrzeugen wie etwa Lastkraftwagen und Kraftfahrzeugen verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Kühlgebläse für Fahrzeuge beschränkt, sondern umfasst auch eine einzigartige Gebläsestruktur zur Verwendung in vielen unterschiedlichen Anwendungen, einschließlich Anwendungen in der Industrie.
Das Kühlgebläseglied gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einem Kunststoffmaterial wie etwa Nylon oder einem anderen Polymer hergestellt, das sich für Umgebungen unter der Motorhaube in Fahrzeugen eignet, und wird bevorzugt durch einen Spritzgussprozess hergestellt. Die vorliegende Erfindung liefert einen verbesserten Herstellungsprozess und ein verbessertes Endprodukt, da das Gebläsedesign einschließlich der Flügelglieder und der Nabe alle eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke aufweisen. Dies minimiert die Zykluszeit für den Spritzgussprozess und verhindert auch Wärmesenken und andere Gussfehler.
Wie in 1-6 gezeigt, wird eine Kühlgebläseausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein durch die Bezugszahl 10 bezeichnet. Das Kühlgebläseglied besitzt ein Zentralnabenglied 15 und mehrere Flügelräder oder Flügelglieder 20. In den Zeichnungen ist das Kühlgebläseglied 10 so gezeigt, dass es neun Flügelglieder 20 aufweist. Es versteht sich jedoch, dass das Kühlgebläse gemäß der vorliegenden Erfindung eine beliebige gewünschte Anzahl von Flügelgliedern aufweisen kann. Außerdem ist die Anzahl der Flügelglieder für jedes Gebläseglied bevorzugt eine Primzahl wie etwa 7, 9, 11, 13 usw.
Es wird auch bevorzugt, wie in 1-3 gezeigt, ein Metalleinsatzglied 18 zu nutzen, das in dem Nabenglied des Gebläseglieds positioniert und darin befestigt ist, um das Montieren des Gebläseglieds an einem Wellenglied oder dergleichen zu unterstützen. Dazu sind eine Reihe von Öffnungen 16 in dem Einsatzglied 18 vorgesehen. Die Öffnungen werden verwendet, um Befestigungsmittel zum Montieren des Gebläses an oder auf einer Welle oder anderen Struktur zu positionieren.
Das Gebläseglied 10 besitzt mehrere spiralförmige Winkelstücke 25, die sich von dem Nabenglied 15 über die Oberflächen jedes der Flügelglieder 20 erstrecken. Die spiralförmigen Winkelstücke sind radial nach außen gekrümmt und verlaufen von dem Nabenglied im Wesentlichen an der Mittelsektion 22 eines Flügelglieds zu der Hinterkante 24 des benachbarten Flügels.
Die Breite des spiralförmigen Winkelstücks 25 wird, wie erforderlich, vergrößert oder verringert, um die Vereinigung von Flügeln von der Vorderkante eines Flügelglieds zu der Hinterkante des benachbarten Flügelglieds bereitzustellen. Die Breite der spiralförmigen Winkelstücke wird ebenfalls auf der Basis der Materialmenge vergrößert oder verkleinert, die benötigt wird, um die gewünschte Steifheit des Gebläses zu erhalten. Die präzise Größe und Breite der Winkelstücke wird ebenfalls bevorzugt so ausgewählt, dass ein Stapeln der Gebläse für Verschiffung und Transport erhalten wird.
Die spiralförmigen Winkelstücke 25 sorgen für strukturelle Lastwege sowie aerodynamische Strömungsführungen, um die Luftströmung von dem vorderen Gebläsenabengebiet in das Flügelströmungsweggebiet zu bewegen. Da die Winkelstückstrukturen in einer spiralförmigen Richtung zur Vorderkante des assoziierten Flügelglieds verlaufen, erstrecken sie sich auch axial nach hinten zu der Hinterkante des vorausgegangenen Flügels. Dies ist insbesondere in 2 gezeigt. In dieser Hinsicht werden die hinteren Oberflächen oder Hinterkanten der spiralförmigen Winkelstücke auch mit der Bezugszahl 26 in 2 bezeichnet. Die spiralförmigen Winkelstücke sorgen für strukturelle Befestigungen zwischen den Vorder- und Hinterkanten von benachbarten Winkelgliedern. Dadurch erhält man eine strukturelle Biegesteifheit zwischen den Flügeln. Das Verlängern der spiralförmigen Winkelstücke zur Hinterkante ihres assoziierten Flügelglieds dient dazu, die Strömungsführung fortzusetzen, eine weitere strukturelle Biegesteifheit zu erhalten, und stabilisiert die Hinterkante des Flügelglieds. Das Stabilisieren des Hinterkantenwinkels stellt das Optimieren der Leistung unter Last sicher.
Wegen der strukturellen Festigkeit, die durch die spiralförmigen Winkelstückglieder zugefügt wird, werden minimale Flügelschnittdicken benötigt, um die Flügellasten zu tragen. Außerdem können die Nabengeometriedicken reduziert werden, weil sich das Nabenglied, die spiralförmigen Winkelstücke und die Flügelsektionen innerhalb der spiralförmigen Winkelstücke die Last teilen. Dies liefert eine Triangulationsstruktur 30, wie besser in 2 und 4 gezeigt ist.
Die Dreiecksstruktur 30 liefert eine hervorragende Steifheit gegenüber vorausgegangenen Gebläsedesigns. Die Richtung und Gestalt der spiralförmigen Winkelstücke, die sich auf den hinteren Flächen der Flügelglieder 20 erstrecken, ist in 3 mit gepunkteten Linien 26 gezeigt. Die dreieckigen Hohlsektionen 30 sind ebenfalls in 4 gezeigt.
Die spiralförmigen Winkelstücke 25 verlängern im Wesentlichen die Vorderkante der Flügelglieder in das Nabengebiet. Dadurch erhält man einen glatten aerodynamischen Übergang zwischen der Strömungsführung und der Flügelsektionsoberfläche. Dies gestattet auch das Entfernen von zusätzlichem Material in dem Nabengebiet oberhalb des Bereichs, in dem das Metalleinsatzglied 18 positioniert ist. Da die Gebläseflügelglieder das Einsatzglied 18 auf diagonale Weise kreuzen, würde ein etwaiges Vorstehen des Flügels in dem Nabengebiet nach vorne das Ausbilden von dickeren Sektionen bewirken. Dickere Sektionen sind unerwünscht, da sie die Gelegenheit liefern für Hohlraumbildungen in dem Gussprozess und beim Treffen auf dünnere Sektionen die Entstehung von Differentialbeanspruchungen verursachen.
Die in der Rückseite des Gebläses in dem Nabengebiet unter den spiralförmigen Winkelstücken ausgebildeten ausgehöhlten Sektionen 30 gestatten eine minimale Flügelschnittdicke durch die Gebläsestruktur hinweg.
Ebenfalls auf der Rückseite der Gebläseglieder 10 sind mehrere stützende und verstärkende Rippen 35 vorgesehen. Diese sind in 2 gezeigt. Die Rippen 33 liefern zusätzliche Steifheit und Unterstützung für die Gebläsestruktur, insbesondere um das Metalleinsatzglied 18 herum.
Wenngleich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin gezeigt und beschrieben worden sind, ergeben sich dem Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen. Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern stattdessen auf die Terme der beigefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Gebläsestruktur (10), umfassend: - ein Nabenglied (15); - mehrere Flügelglieder (20), • die sich allgemein radial von dem Nabenglied (15) aus nach außen erstrecken; und • die eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweisen; und - mehrere spiralförmige Winkelstückglieder (25), • wobei die Anzahl an Winkelstückgliedern (25) der Anzahl an Flügelgliedern (20) entspricht; und • wobei sich jedes der Winkelstückglieder (25) von dem Nabenglied (15) aus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, - dass sich die Winkelstückglieder (25) von dem Nabenglied (15) über die Oberflächen jedes der Flügelglieder (20) erstrecken, und - dass sich die Winkelstückglieder (25) zur Vereinigung von Flügelgliedern (20) von der Vorderkante eines Flügelgliedes (20) zu der Hinterkante (24) eines benachbarten Flügelgliedes (20) erstrecken.
Gebläsestruktur wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei sich die Winkelstückglieder (25) von im Wesentlichen dem Mittelpunkt (22) des einen Flügelglieds (20) aus erstrecken.
Gebläsestruktur wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei sich die Winkelstückglieder (25) axial nach hinten zu der Hinterkante (24) von benachbarten Flügelgliedern (20) erstrecken.
Gebläsestruktur wie in Anspruch 3 beschrieben, wobei die sich nach hinten erstreckenden Winkelstückglieder (25) dreieckige Strukturen (30) mit dem Nabenglied (15) bilden.
Gebläsestruktur wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei das Nabenglied (15), die Flügelglieder (20) und die Winkelstückglieder (25) integral zusammen ausgeformt werden.
Gebläsestruktur wie in Anspruch 5 beschrieben, wobei die Gebläsestruktur (10) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und durch einen Spritzgussprozess hergestellt wird.