DE2203353B2 - Luefter, insbesondere fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Luefter, insbesondere fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Lüfter für veränderliche
Drehzahlen mit einer Anzahl von radial verlaufenden, mit einem Nebenrand verbundenen, verwundenen
Lüfterschaufeln, aus elastischem Kunststoff, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit Mitteln zur Verringerung
des Schaufelanstellwinkels bei zunehmender Drehzahl.
Ein derartiger Lüfter ist aus der US-PS 32 60 312 bekannt.
Insbesondere bei Kühlung von Brennkraftmaschinen mittels Schraubenlüfter od. dgl., die von der Brennkraftmaschine
direkt angetrieben werden, werden bei niedriger Drehzahl relativ große Luftmengen erforderlich.
Der entsprechende Lüfter muß für die bei niedriger Drehzahl erforderlichen Luftmengen ausgelegt sein. Bei
hoher Drehzahl wird dann aber zu viel Luft gefördert, wobei nachteilig der erhöhte Leistungsbedarf und die
starken Lüftergeräusche sind.
Zur Behebung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, den Anstellwinkel der Lüfterflügel in
Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit durch Verdrehung der Lüfterflügel durch Fliehkräfte zu
ändern. So ist ein derartiger Schraubenlüfter bekannt, bei dem die Lüfterflügel durch radiale, die Verdrehung
aufnehmende Zugstäbe mit der Laufradnabe verbunden sind und die Winkelverdrehung der Lüfterflügel durch
Fliehgewichte gesteuert wird, die relativ zu den Lüfterflügeln beweglich sind. Der konstruktive Aufwand
und damit verbunden der Bauaufwand ist bei dieser Lösung außerordentlich groß.
Bei einer anderen bekannten Ventilatoreinrichtung, die in Verbindung mit dem Kühler einer Brennkraftmaschine
arbeitet, und bei der Nabe und Flügel aus elastischem Kunstharzmaterial oder nur die Flügel aus
elastischem Material (Kunststoff oder Federstahl) bestehen, ist im Bereich des Ansatzes jedes Flügels und
im in Drehrichtung rückwärtigen Teil eine Aussparung vorgesehen.
Bisher wurde bei der Entwicklung von Lüftern, insbesondere bei Kunststofflüitern weitgehend versucht,
die Blattschaufeln gemäß den aerodynamischen Gesetzen auszubilden und über den gesamten Querschnitt
des Lüfters möglichst gleich große axiale Luftgeschwindigkeiten zu erzielen. Diese Bedingungen
gelten jedoch beim Einbau in Fahrzeugen nur sehr beschränkt, da der den Lüfter antreibende Fahrzeugmotor
die abströmende Luft sehr stark behindert. Aus diesem Grunde ist eine axiale Abströmung zumindest im
Bereich der Lüfternabe in vielen Fällen nicht möglich bzw stark behindert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter der eingangs beschriebenen Art, der bei
geringen Drehzahlen volle Luftmenge fördert, bei
ίο hohen Drehzahlen aber zur Leistungseinsparung die
Fördermenge und den Förderdruck reduziert, dahingehend auszubilden, daß die Blattverstellung bei Erhöhung
der Lüfterdrehzahl verbessert wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß bei einem Lüfter der eingangs
erläuterten Art der Anstellwinkel der Schaufeln an der Schaufelspitze größer ist, als der Anstellwinkel an der
Schaufelwurzel.
Dadurch wird eine Blattverformung bei Erhöhung der Lüfterdrehzahl zu kleineren Schaufelwinkeln erreicht.
Luftvolumen, Druck und Leistung nehmen gegenüber der starren Lüfterschaufelausführung ab, und die
Luftleistung fällt bei steigender Lüfterdrehzahl ab.
Solange die negative Verwindung besteht, herrscht eine ausgeprägte halbaxiale Strömung unterschiedlicher
Luftgeschwindigkeit vor. Diese verschiebt sich bei Erhöhung der Drehzahl immer mehr zu einer rein
axialen Strömung mit gleich großer axialer Luftgeschwindigkeit.
Eine halbaxiale Strömung ist wesentlich unempfindlicher gegen Strömungsablösung. Wegen der dabei
vorliegenden niedrigen Drehzahl macht sich auch ein eventuell bei höherer Drehzahl sich entwickelndes
Geräusch noch nicht bemerkbar.
J5 Zweck der negativen Verwindung ist es, während des Lüfterbetriebes eine stärkere Rückstellwirkung zu
erzielen. Gegenüber normal verwundenen Schaufeln, bei denen der Anstellwinkel an der Spitze kleiner ist als
an der Wurzel bzw. nicht verwundenen Schaufeln, bei denen die Anstellwinkel gleich sind, haben negativverwundene
Schaufeln im äußeren Bereich der Schaufeln eine durch die Fliehkraft bewirkte größere Verformungskop.iponente.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Blattiefe der Schaufeln an der Schaufelspitze größer als die Blattiefe an der Schaufelwurzel.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Blattiefe der Schaufeln an der Schaufelspitze größer als die Blattiefe an der Schaufelwurzel.
Durch eine größere Blattiefe an der Schaufelspitze als an der Schaufelwurzel erfahren die Blattmassenteile an
der Schaufelspitze durch die Fliehkräfte ebenfalls ein
so den Anstellwinkel der Schaufel rückdrehendes Moment. Die größere Blattiefe an der Spitze hat also eine
ähnliche Wirkung wie die erfindungsgemäße negative Verwindung. Beide Wirkungen bestehen nebeneinander
und unabhängig voneinander. Bei gemeinsamer Anwendung überlagert sich die Wirkung.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen negativen Verwindung ergibt sich daraus, daß die axiale
Durchströmgeschwindigkeit der Luft an der Schaufelspitze größer ist als an der Nabe. Hieraus ergeben sich
bo im Falle einer hinter dem Lüfter befindlichen Brennkraftmaschine
gute Abströmverhältnisse für die Luft und damit geringere Druckverluste und geringerer
Leistungsaufnahme des Lüfters.
Die Materialstärke der Schaufelblätter wird vorteil-
ΐιί haft so ausgebildet, daß im Bereich der nicht an der
Verwindung teilnehmenden neutralen Faser eine größere Materialstärke zur Aufnahme der Fliehkräfte
vorgesehen wird, außerhalb dieser neutralen Zone
jedoch die Schaufelblätter aus dünnem Material bestehen.
Weitere Merkmaie und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die
schematisch Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigt
Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise Stirnansicht ein
erstes Ausführungsbeispiel,
F i g. 2 in Seitenansicht und teilweiser Stirnansicht ein zweites Ausführungsbeispiel und
F i g. 3 in je einem Schnitt durch Schaufelwurzel und Schaufelspi'ze ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Lüfter besteht, wie aus der Zeichnung ersichtlich, aus einer Lüfternabe 1 und
Lüfterschaufeln 2. Die Luftströmungsrichtung ist durch den Pfeil 3 gekennzeichnet, während die Drehrichtung
des Lüfters durch den Pfeil 4 dargestellt ist. Mit 5 ist die neutrale Faser der Lüfterschaufel bezeichnet, auf der
alie jene Massenteilchen der Lüfterschaufeln liegen, die
sich auf einem zur Drehachse senkrecht stehenden, durch die Blattwurzel und die Blattspitze verlaufenden
radialen Strahl befinden.
Erfindungsgemäß ist der Schaufelwinkel bzw. Anstellwinkel asp an der Schaufelspitze größer als der
Anstellwinkel <xw an der Schaufelwurzel. Dabei wird
unter Schaufelwinkel der Winkel verstanden, der zwischen der Sehne über die Blattkurve und einer
zugehörigen Normalebene zur Nabenachse gebildet wird.
An allen Massenteilchen, die nicht auf der neutralen Faser liegen, wirkt die Reaktionskraft Frack, die, wie das
Kräfteparallelogramm in der Skizze 1 zeigt, von der Zentrifugalkraft Z und der Haltekraft Fh erzeugt wird
und damit von der Drehzahl abhängig ist.
Durch die Elastizität des Materials, aus dem die Lüfterschaufeln 2 gebildet sind, beispielsweise elastischem
Kunststoff oder Federstahl, wird bei steigender Drehzahl durch die Kraft Frack eine Verdrehung der
Schaufelspitzen in der Art erreicht, daß der Anstellwinkel asp sich verringert, daß die geförderte Menge
abnimmt, wodurch auch der Leistungsbedarf und Jie Geräuschentwicklung sinken.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich zu dem größeren
Anstellwinkel der Schaufeln an der Schaufelspitze auch noch die Blattiefe tsp an der Schaufelspitze größer
gewählt als die Blattiefe tw an der Schauielwurzel.
Dadurch wird der zuvor beschriebene Effekt noch verstärkt. Durch die Fliehkräfte erfahren alle Massenteilchen
der Schaufelblätter außerhalb der neutralen Faser ein den jeweiligen Anstellwinkel zurückstellendes
Moment.
Durch die Abhängigkeit des Anstellwinkels von der Drehzahl ergibt sich somit die gewünschte Abhängigkeit
des geförderten Volumens und des Gesamtdruckes von der Drehzahl.
Fig.3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem im Bereich der neutralen Faser
5, die nicht an der Verwindung durch Fliehkräfte teilnimmt, eine größere Materialdicke vorgesehen ist,
die dem Flügelblatt die benötigte Festigkeit zur Aufnahme von Luft und Fliehkräften gibt. Die außerhalb
dieser neutralen Zone liegenden Schaufelblatteile sind aus dünnerem Material gearbeitet und deshalb besonders
verwindungselastisch.
Die Lüfterschaufeln können mit der Lüfternabe fest oder demontierbar verbunden sein. Der Lüfter kann
aber auch einstückig hergestellt sein.
Bezugszeichenliste
1 Nabenrad
2 Lüfterflügel
3 Luftströmungsrichtungspfeil
4 Drehrichtungspfeil
5 txsp Blattspitzenwinkel (neutrale Faser)
6 <xw Blattwurzelwinkel (neutrale Faser)
7 tw Blattiefe
8 tSp Blattiefe
9 Z= Zentrifugalkraft
10 F// Haltekraft
11 Fnick rückstellende Kraft
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Lüfter für veränderliche Drehzahlen mit einer Anzahl von radial verlaufenden, mit einem Nabenrad
verbundenen, verwundenen Lüfterschaufeln aus elastischem Kunststoff, insbesondere für Brennkraftmaschinen,
mit Mitteln zur Verringerung des Schaufelanstellwinkels bei zunehmender Drehzahl,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Schaufeln an der Schaufelspitze größer
ist als der Anstellwinkel an der Schaufelwtirzel.
2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattiefe der Schaufeln (2) an der
Schaufelspitze größer ist als die Blattiefe an der Schaufelwurzel.
3. Lüfter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schaufeiblätter
im Bereich der neutralen Faser (5) größer ist als in den anderen Blatteilen.
Priority Applications (6)
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