DE2244805A1

DE2244805A1 - Ventilator

Info

Publication number: DE2244805A1
Application number: DE2244805A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Strick
Original assignee: Fram Corp
Current assignee: Fram Corp
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1972-09-13
Publication date: 1973-03-29
Also published as: AU456684B2; DE2244805C3; IT972099B; FR2154116A5; AU4500572A; BE788971A; CA959026A; DE2244805B2; US3711219A; ZA725140B; JPS4838505A; GB1400469A

Description

PATENTANWÄLTE 2 L 4 4 8 V W

DIpL-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DlpWng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL· '

281134 6 FRANKF₁UaTAM MAIN

TELEFON (0811J

287014 GH. ESCHENHEIMER STRASSE

11.September 1972
Gu/gm

Pram Corporation 105 Pawtucket Avenue East Providence,R.I. U.S.A.

Ventilator.

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Die Erfindung betrifft Ventilatoren, insbesondere Ventilatoren zum Kühlen von Kraftfahrzeugmotoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator· mit inhärent verstärkter Bauweise _ auszubilden, der für einen vorgegebenen Anwendungsbereich auf einfache Weise und preisgünstig hergestellt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, die Ventilatorarme zu verstärken und,-diese gleichzeitig gewichts» -mäßig leichter auszubilden, wie auch die Verstärkungskappe leichter auszubilden, ohne die die Flügel stützenden Teile abzuschwächen. Weiterhin wird vorgeschlagen, bei einer bevor-' -'^ zugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung den im allgemeinen üblichen Voranstrich der Ventilatorarme wegfallen zu lassen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.

Der Ventilator nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Flügel auf jeder Seite der Ventilatorarme, eine Verstärkungskappe, die durch Befestigungselemente mit der Seite jedes dem zugehörigen Ventilatorarm gegenüberliegenden Flügels fest verbunden ist, sowie durch eine Verlängerung jeder der Verstärkungskappen nach innen zur Ventilatornabe hin, wobei jede Verstärkungskappe auch durch entsprechende Befestigungselemente fest mit der Nabe verbunden ist.

Eine bevorzugte Aueführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel an den

stromabwärts gelegenen Seiten der Arme und die Verstärkungskappen an den stromabwärts gelegenen Seiten der Flügel vorgesehen sind, daß die Verstärkung s kapp en an der Nabe I_n «iner zweiten Ebene

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stromabwärts einer ersten Ebene, die durch das Zusammentreffen der Nabe und der Arme definiert ist, befestigt sind, daß eine Wulst entlang der Führungskante der Verstärkungskappen vorgesehen ist, daß biegsame Ventilatorflügel vorgeeinen sind sowie daß sich ein Schenkel der Verstärkungskappen zwischen den Armen und den Flügeln befindet, um eine Berührung zwischen diesen Teilen zu verhindern} daß Rippen in den Armen und der Nabe vorgesehen sind, und daß die Verlängerung der Kappen zu der zweiten Ebene einen Bereich zwischen den. Kappen definieren, und zwar an der Verbindung der Arme und der Nabe.

Weitere wichtige Merkmale der Erfindung werden durch das folgende Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die stromauf gerichtete Seite des Motor-Kühlventilators nach der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Endansicht eines Armes, eines Flügels sowie der damit verbundenen Bauteile, und zwar entlang der Linie 2-2 der Fig. 1; .

Fig. 3 in» verkleinerten Maßstab eine Ansicht der Stromab gerichteten Seite eines Armes, eines Flügels und der damit verbundenen Bauteile, und zwar entlang der Linie 3-3 der Fig_t 1;

Fig. 4,

5»6 und 7 vergrößerte Teilansichten, und zwar jeweils entlang der Linien ^-4,5-5,6-6 und 7-7 der Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 besitzt ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Ventilator eine mittig angeordnete Nabe 12, mit dieser einstückig ausgebildete Arme 2k

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und sich Ton der Nabe 12 radial erstreckende Flügel 32 an einer Seite der Arne. Verstärkungsv kappen 36 umhüllen die Führungskanten der Flügel, |l und Nieten 4o verbinden die Flügel und die Verstärkung ekappen fest mit den Armen.

Die Arme 24 sind asymmetrisch um die Nabe 12 angeordnet und dienen der Ausbalancierung des Ventilators. Die Winkelabstände zwischen den radialen Bezugslinien 4er Arme (sie verlaufen Jeweils parallel zu den Führungs - und Ablaufkanten der Arme und der zugehörigen Flügel) sind in Fig· I dargestellt. Zwischen der Nabe 12 und dem Flügel 32 liegen die Wurzeln 26 jedes Armes. Diese Wurzeln 26 sind so gedreht, daß die Ebene jedes Armes über dessen wesentliche Lunge zwischen Wurzel 26 und einer Süßeren Spitze 31 der Flügel 32 einen Winkol von 25° ausbilden,und zwar zur Ebene der Drehung des Ventilators (vgl. Fig. 2,4,5,6 und 7), d.h. der Ebene der NabenbefestigungsfläcHe l4, an die der Flügel angefügt ist, Von der Wurzel erstrecken^Scii^un^er^bstand quer nach außen angeordnet ein- planar verlaufender Führungsteil und ein Ablaufteil 28, und zwar gebogen in Richtung auf die stromaufwärts liegende Seite des Ventilators, d.h. konvex von der stromabwärts liegenden Seite aus gesehen. Die Nabe und die Arme sind aus verhältnismäßig kräftigem Stahl gebildet ( AK-Stahl SAE 950, 3,05 mm stark).

An der stromabwärts gelegenen Seite jedes Arms ist ein Flügel 32 angeordnet, und zwar quer gebogen zwischen der Führungskante 33 und denzugehörigen Ablaufkante 35 weg von der Ebene des Arms 24, d.h. mit der konvexen Seite des Flügels benachbart der stromabwärts gelegenen Seite des Arms, wie es Fig. am besten verdeutlicht. Der Flügel besteht aus elasti-

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0,318 mm stark)

schem, biegsamem Stahl (rostfreier AISI 301 Stahl,/ und definiert eine luftbewegende Fläche, die -sich eine wesentliche Strecke hinter den Ablaufbereich 28 des Armes 24 erstreckt. Der Flächenwinkel zwischen der Führungskante des Arms bei 27 und der Ablaufkante 35 des Flügels beträgt etwa 45°. Die gemeinsame Bauweise des Ablaufbereichs 28 des Armes und des Flügöls 32 bildet dort eine Trennung der Teile aus, und zwar in einem im allgemeinen spitzen Winkel (vgl. Fig. 2). An der Ablaufkante 35 jedes Flügels ist ein Gewicht 34 vorgesehen, das aus einem Teil des Flügels 32 besteht, der mit diesem einstückig ausgebildet ist und um sich selbst zurückgeschlagen ist, um die konvexe Seite des Flügels zu umfassen, wie es in der US-PS 3»594,098 vom 20.7»1971 beschrieben ist.

Die Verstärkungskappe 36 besitzt teilweise zwei im allgemeinen parallele Schenkel 37»39, die durch eine röhrenförmige Wulst 38 entlang ihrer Führungskante verbunden sind. Die Kappe besteht aus dünnem'

_Λ , 5*08 mm stark).

Stahl (kaltgewalzter,vorgestrichener SÄE 950 Stahl, / Die Verstärkungskappe befindet sich an der stromabwärts gelegenen Seite des Arms 24 und schließt die Kante 33 und den Führungsteil des Flügels 32 zwischen sich ein, und zwar zwischen Schenkel 37 und 39 (vgl. Fig. 2). Die Wulst 38 ist symmetrisch bezüglich der Schenkel 37 und 39 angeordnet und erstreckt sich radial der Länge des Arms 24 (vgl. Fig. 3). Die Wulst 38 befindet sich in eines entsprechenden konkaven Ausnehmung oder Rippe 30 an der stromabwärts gelegenen Seite des Arms 24 und erstreckt sich radial der Länge des Armes und mündet am inneren Ende des Arms an der Nabe 12. Der Schenkel 39 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Flügels 32 entspricht in Querrichtung der Form der stromabwärts gelegenen Seite des Armes 24, insbesondere der gebogene ^f^kWVJI?«²-⁸* ^{der sich} geringfügig

hinter den radial erstreckenden Teilen des Flügels · 32 erstreckt. Der stromabwärts gelegene Schenkel 37 erstreckt sich quer nur über eine begrenzte Strecke in Richtung auf die Ablaufkante· des Arms 24, und zwar zu einem Punkt, bei dem die Biegung des Ablaufteils 28 beginnt, um ein Zusammentreffen bzw. Aneinanderstoßen mit dem Flügel 32 zu verhindern, wenn der Ventilator in Betrieb ist. Die Kappe erstreckt sich zu etwa 85% der radialen . Länge des Flügels 32 radial nach außen, wohingegen der Arm sich nur etwa über 7O# der radialen Länge des FlügeI3 erstreckt.

Nieten 4O erstrecken sich durch den Arm 24, den Flügel 32 und beide Schenkel 37, 39 der Kappe 36, und an/stromaufwärts gelegenen Seite des . Armes und.der stromabwärts*gelegenen Seite des Schenkels 37 verbinden die Nieten den Flügel und die Kappe fest mit dem Arm 24.

Die Ventilator Nabe 12 besitzt eine planar verlaufende Befestigungsfläche l4 mit einem mittig angeordneten Führungsloch l6 und symmetrisch/angeordneten Befestigungslöchern 18. Die Befestigungsfläche l4 befindet sich in derselben ersten Ebene wie die Arme 24, und zwar an der Stelle des Zusammentreffens ihrer Wurzeln 26 mit der Nabe 12 (vgl. Fig. 7)· Über die Befestigungsfläche l4 ist eine ringförmige Ausnehmung 22 ausgebildet, die eine ringförmige Rippe 23 in einer zweiten Ebene ausbildet, die axial unter Abstand stromabwärts der Befestigungsfläche l4 und der ersten Ebene verläuft. Um die Nabe 12 zu verstärken sind symmetrisch verteilt in der Befestigungsfläche l4 zwischen den Befestigungslöchern l8 eine Anzahl Rippen bzw. Vorsprünge 20 vorgesehen, die sich in eine dritte Ebene stromaufwärts der Fläche l4 und der ersten Ebene erstrecken.

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Wie die Fig. 4 bis 7 verdeutlichen, erstreckt sich die Kappe 36 nach innen von der Peripherie der Nabe 12 und ist durch Nieten 42 fest mit der Nabe /und durch die Schenkel 37 und'39 mit der Rippe 23 ■ Sin der.zweiten Ebene stromabwärts der Ebene.der Befestigungsfläche 14 und des-Armes 24-verbunden. Die Wulst 38 endet an der Kante der Rippe 23 und die Schenkel 37«39 werden durch eine einfache Falte an der Rippe 23 zusammengeführt. Die Kappe 36 erstreckt sich in einer geraden Linie nach innen von dem benachbarten Flügel 32 und die innerste Niete 40, die radial unter Abstand sich von der Nabe 12 nach außen erstreckt« berührt den Arm 24 an den äußeren Teilen der Wurzel 26 <vgl. Fig. 4,5 und 7); wenn die Wurzel 26 die Ebene ihrer Zusammenführung mit der Nabe 12 erreicht (vgl. Fig. 6 und 7)» erstreckt sich die Kappe axial unter Abstand von der Wurzel 26 . venn die Kappe in einer geraden Linie nach innen und stromabwärts zur Rippe 23 weitergeführt wird.

In Betriebsstellung, wenn der Ventilator sich wie durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet im Uhrzeigersinn dreht, wird Luft in Richtung von oben nach unten durch die Flügel 32 bewegt, wie es durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Nimmt die Geschwindigkeit der Luftbewegung zu, so verursacht der Druck der Luft und die Zentrifugalkraft die Flügel, sich gerade auszurichten - im allgemeinen, sich in Richtung auf die Ebene der Nabe 12 zu zubewegen, wie es durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist, der benachbart dem Ablaufteil des Flügels vorgesehen ist. Das Geradeausrichten der Flügel wird durch den gebogenen Äblaufteil 28 des Armes sowie durch das Anstoßen des Schenkels 39 an die Kappe 36 verhindert.

Durch den Betrieb des Ventilators werden Biege- und 309813/0817

Zentrifugalkräfte bzw. -spannungen auf die Armee 24 ausgeübt, die an der Wurzel 26 am größten sind, insbesondere an der Stelle, wo die Wurzel mit der Nabe 12 verbunden ist. Die Biegespannungen verursachen leicht eine Biegung der Arme in Richtung auf die stromaufwärts gelegene Seite des Ventilators. Die Verbindung der Kappe 36 zwischen der Nabe und den Ventilatorarmen, die Verbindung der Kappe zu der Nabe in einer Ebene die unter Abstand von der Ebene der Arme angeordnet ist, die Anordnung der Flügel und Kappen an der stromabwärts gelegenen Seite der Arme, die Anordnung einer Lücke zwischen der Kappe und den Armen an der Verbindungsstelle der Arme und der Nabe sowie die Anordnung einer radial sich erstreckenden Wulst 38 an der Kappe und einer damit zusammenwirkenden Rippe 30 in den Armen verstärken die Arme, so daß sie den Biege- und Zentrifugalspannungen widerstehen.

Ein Ergebnis einer derartigen Verstärkung ist, daß leichteres Material für die Ausbildung der Nabe und der Arme für eine vorgegebene Verwendung vorgesehen werden kann, als man es bisher für möglich gehalten hat. Darüber hinaus kann auch die Verstarkungskappe aus leichterem Material bestehen, als dies bisher üblich war, weil der stromaufwörts gelegene Schenkel 39, an dem der Flügel 32 sich ausrichtet, durch die Arme 2k gestützt wird. Daher können für einen vorgegebenen Anwendungsbereich die Materialkosten -und das Gewicht gesenkt werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf Kraftfahrzeugventilatoren wichtig, die charakteristischerweise freihängend auf der Welle einer Wasserpumpe angeordnet sind und deren Gewicht die Lebensdauer der Pumpwelle und der Lager beeinflußt. Schließ-

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lieh wird durch die Verlängerung des stromaufwäts gelegenen Schenkels 39 der vorgestrichenen Kappe 36 hinter die Ablaufkante des Armes 24 das üblicherweise erforderliche Vorstreichen des Arms, sofern die Flügel 32 den Arm berühren können, entbehrlich, wodurch eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten erreicht wird.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch in einer anderen als der beschriebenen Weise ausgeführt werden·

- Ansprüche

, 309813/0817

Claims

Gu/gm ' Fram Corporation

II.9.I972 Docket I63

Ansprüche

Ventilator mit einer Nabe, einer Vielzahl von einstückig mit der Nabe ausgebildeten und sich von dieser nach außen erstreckenden Armen, ferner mit an einer Seite jedes Armes angeordneten Flügeln und mit einer Verstärkungskappe an der dem Arm gegenüberliegenden Seite, an dem die Flügel angeordnet sind, wobei sich jeder Flügel zwischen einer überliegenden Kappe und einem Arm befindet, sowie mit radial und unter Abstand von der Nabe angeordneten und jeden Flügel und jede Kappe mit einem Arm verbindenden Befestigungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungskappe (36) sich radial nach innen zur Nabe (12) erstreckt und daß Befestigungselemente (42) an der inneren Umrandung der Nabe vorgesehen sind, die jede der Verstärkungskappen mit der Nabe fest verbinden.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2k) mit der Nabe (12) verbunden sind und sich von dieser nach außen in einer ersten Ebene erstrecken, und daß die Verstärkungskappen (36) sich radial unter Ab-• stand von den Armen (2k) und einer zweiten Ebene erstrecken, und zwar an der Stelle, an der die Arme mit der Nabe verbunden sind.

3· Ventilator nach einem der vorhergehenden An-, 309813/0817

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nabe (12) in eindr zweite Ebene erstreckt, die axial und unter Abstand von der ersten Ebene angeordnet ist, und daß die Befestigungselemente (42 ) die Verstärkungskappei (36) mit der Nabe (12) in der zweiten Ebene verbinden.

Ventilator nach Anspruch 2 oder 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (32) und die Verstärkungskappen (36) an der stromabwärts gelegenen Seite der Arme (24) angeordnet sind« und daß die Nabe (12) sich in einer zweiten Ebene stromab der ersten Ebene erstreckt«

Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (12) eine mittig angeordnete Befestigungsfläche (l4) ie--der ersten Ebene besitzt sowie eine kreisförmige Rippe (23), die von den Armen (24) in Richtung nach innen über der Befestigungsfläche (ik) liegt, wobei die Rippe (23) die Nabe (12) stromabwärts verlängert, und daß die Befestigungselemente (k 2. ) die Verstärkungskappen (36) in der zweiten Ebene mit der stromab gelegenen Seite der Rippe (23.) verbinden. ' . ·

Ventilator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskappen (36) sich in einer geraden Linie zu der kreisförmigen Rippe (23) in der zweiten Ebene erstrecken, un-d zwar von einer ' dem innersten Befestigungselement (4O) jedes Armes benachbarten Stelle,

.so daß sich die Kappen (36) unter Abstand von den Armen (24) und von 'der Nabe (12) -

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an der Stelle erstrecken, an der die Arme die Arme (24) mit der Nabe (12) in der ersten Ebene verbunden sind.

7· Ventilator nach Anspruch 6,.dadurch gekennzeichnet« daß Verstärkungsrippen (20) in der Befestigungsfläche (14) derart angeordnet sind, daß sie sich von dieser in einer dritten Ebene stromauf der ersten Ebene erstrecken·

8. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungskappe (3&) ein Paar unter engem Abstand angeordnete Schenkel (37, 39) aufweist, die die Führungsteile (27) der Flügel

" (32) umschließen, daß die Schenkel (37,39) über eine röhrenförmige Wulst (38) mit den Verstärkungskappen (36) verbunden sind, und daß die Wulst (38) sich radial erstreckt und die Schenkel (37, 39) benachbart der Nabe (12) nach außen entlang den Führungsteileh (27) der Flügel (32) verbindet.

9. Ventilator nach Anspruch 8, dadurch gekenn--, zeichnet, daß eine sich radial erstreckende konkave Rippe (30) an jeder Seite der Arme (24) benachbart der Verstärkungskappe (36) vorgesehen ist, welche sich längs der Nabe (12) nach auSen erstreckt und daß die Wulst (38) in den Rippen (30) fest angeordnet ist.

10. Ventilator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (30) sich über die gesamte Länge der Arme (24) erstrecken, und daß die Verstärkungskappen (36) und die Wulst (38) sich radial hinter den Enden der

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Arme (24) erstrecken.

11. Ventilator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ι daß die Flügel (24) ein biegsames, elastisches Element besitzen, das sich quer zu einem Ablaufbereich (28) der Arme (24) erstreckt, welcher sich bei Erhöhung der Drehgeschwindigkeit in der stromaufwärts verlaufenden Richtung des Ventilators geradeaus richtet und daß die Schenkel (37» 39) der Verstärkungskappen (36) an der stromaufwärts gelegenen Seite der Flügel sich quer von den Führungskanten (33) der Flügel (32) in Richtung zu den AbIaufkanten (35) der Arme (24) erstrecken _Ψ wodurch eine Berührung zwischen den Armen (24) und Flügeln (32) verhindert wird.

Der Patentanwalt

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