DE2203353B2

DE2203353B2 - Luefter, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2203353B2
Application number: DE19722203353
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing 7141 Schwieberdingen Nonnenmann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1972-01-25
Publication date: 1978-02-23
Also published as: DE2203353C3; DE2203353A1; JPS4886106A; JPS545122B2; GB1383861A; IT978430B; US3914068A; FR2169645A5

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.

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 t_sp an der Schaufelspitze größer gewählt als die Blattiefe t_w 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 t_w Blattiefe

8 t_Sp Blattiefe

9 Z= Zentrifugalkraft

10 F// Haltekraft

11 Fnick rückstellende Kraft

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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.