DE2845561A1

DE2845561A1 - Automobil-kuehlerventilator

Info

Publication number: DE2845561A1
Application number: DE19782845561
Authority: DE
Inventors: Herbert Noel Charles
Original assignee: Fram Corp
Current assignee: Fram Corp
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS5468507A; FR2406738B1; GB2006337A; FR2406738A1; US4147471A; GB2006337B; CA1106332A

Description

Automobil-Kühlerventilator

Die Erfindung betrifft einen Automobil-Kühlerventilator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei dieser Bauweise von Ventilatoren sind die Blätter verhältnismäßig breit. Dies ergibt eine angemessene Luftströmung bei niedrigen Drehzahlen. Das Blattmaterial ist jedoch außerordentlich dünn, beispielsweise 0,015 Zoll dick. Hierdurch wird ein rasches Ausbiegen der Blätter bei höheren Drehzahlen möglich, was den Leistungsverbrauch und den Lärm minimalisiert, wenn der Bedarf an Luftstrom zum großen Teil durch die Fahrzeugbewegung gesättigt wird. Unglücklicherweise fällt die natürliche Frequenz dieser Blätter manchmal nahe an oder gar in den Zündfrequenzbereich des Motors im Leerlauf, was zu Blattvibrationen beträchtlicher Amplitude führt. Unter bestimmten Bedingungen können diese Vibrationen zur Ermüdung und zum vorzeitigen Ausfall der Ventilatorblätter führen, insbesondere an der Wurzel der Blätter.

Das Vibrationsproblem kann durch die Verwendung von schwererem Blattmaterial und/oder durch Verringerung der Blattbreite zur Erhöhung der natürlichen Blattfrequenz überwunden werden. Dieses Mittel führt jedoch zu einem Opfer an den an und für sich wünschenswerten Ausbiegeeigenschaften des Blattes bei hohen Geschwindigkeiten am flexiblen Blattventilator.

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Es wurde, beispielsweise in den US-Patentschriften 3 625 413 und 4 037 987, auch schon vorgeschlagen, das Ventilatorblatt mit
einem Vorspannteil unter eine Vorspannung zu setzen. In beiden
Veröffentlichungen wird ein Vorspannteil verwendet, welches sich über die radiale Abmessung von einer Blattseite erstreckt. Wie
im letzteren Patent angegeben ist, kann auf diese Weise die natürliche Blattfrequenz von 40 bis 4 2 Hz auf ungefähr 43 bis 5 0 Hz angehoben werden. Dies entspricht der Zündfrequenz eines V-8-Motors bei 750 Umdrehungen pro Minute, d.h., oberhalb der normalen Leerlaufgeschwindigkeit des Motors. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine natürliche Frequenz von 50 Hz noch nicht ausreichend hoch ist, um Probleme zu vermeiden, insbesondere da
Eichungen am Motor, einschließlich der Einstellung des Zündzeitpunktes zur zufriedenstellenden Motorfunktion vorgenommen werden können. Derartige Einstellungen geschehen häufig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die natürliche Frequenz eines Ventilators mit flexiblen Blättern anzuheben,um die Resonanz bei typischen Motor-Leerlaufdrehzahlen zu minimalisieren, welche zum Ausfall von Ventilatorblättern führen könnte.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs
beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird die natürliche Frequenz der Blätter auf ein Niveau angehoben, das erheblich über der Zündfrequenz des Motors liegt. Auf diese Weise werden Resonanzprobleme auch dann vermieden,

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wenn die Eichwerte des Motors verändert werden. Die Erhöhung der natürlichen Blattfrequenz geschieht ohne nennenswertes Opfer an den an und für sich wünschenswerten Ausbiegeeigenschaften des Blattes im Ventilator.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1

die Draufsicht auf die stromaufwärts gerichtete Seite eines Ventilators gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 die Draufsicht auf die stromabwärts gerichtete Seite eines Ventilatorblatts des in Figur 1 gezeigten Ventilators;

Figur 3 einen vergrößerten Schnitt gemäß Linie 3-3 von Figur 1 ;

Figur 4 einen vergrößerten Schnitt gemäß Linie 4-4 von Figur 1;

Figur 5 eine vergrößerte Explosions-Endansicht, welche die Komponenten des Blattes des in Figur 1 gezeigten Ventilators darstellt.

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Figur 1 zeigt einen Ventilator 10 mit flexiblen Blättern. Im allgemeinen umfaßt der Ventilator ein spinnenförmiges Teil mit einer zentralen planaren Nabe 12 und mehreren Armen 14, die radial von der Nabe 12 aus verlaufen und einstückig mit dieser sind. Die Arme 1 4 sind in der Nähe der Nabe (siehe Figur 4) verdreht und erstrecken sich von dieser nach außen unter einem Winkel (beispielsweise 25°) gegenüber der Rotationsebene.

Die Ventilatorblätter umfassen jeweils einen Arm 14, wobei das eigentliche Ventilatorblatt 16 an der stromaufwärts zeigenden Seite des Armes 14 (nach der Richtung des Luftstromes definiert) befestigt ist; ein darüberliegendes Verstärkungsteil 18 ist mit dem Arm 14 und dem Blatt 16 auf der stromaufwärts liegenden Seite des Blattes 16 verbunden. Das Blatt 16 ist mit dem Arm 14 am führenden Abschnitt 20 (definiert nach der Richtung der Ventilatorrotation) verbunden und erstreckt sich radial von einem Wurzelabschnitt 22 in der Nähe der Nabe 12 nach außen zur Blattspitze 24. Das Blatt 16 verläuft quer vom führenden Abschnitt 20 hinter dem Arm 14 vorbei zum nachlaufenden Rand 26 des Blattes, der entsprechend der US-Patentschrift 3 594 098 mit einem Gewicht versehen ist. Das Blatt ist im wesentlichen stromabwärts hinter dem Arm 14 gekrümmt und bildet eine konvexe Fläche an der stromaufwärts gerichteten Seite und eine konkave Fläche an der stromabwärts gerichteten Seite des Blattes 16. Das Verstärkungsteil 18 verläuft radial entlang dem führenden Abschnitt 20 des Blattes und quer vor dem Arm 14, wodurch eine ausgedehnte Luftfolien-Fläche entsprechend der US-Patentschrift 3 639 078 gebildet wird. Der nachlaufende Rand 28 des Teiles verläuft radial an oder

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geringfügig hinter dem Arm 14 und ist zur Spannungserleichterung stromab, vom Blatt 16 weg, gekrümmt. Das spinnenförmige Teil, welches die Nabe 12 und die Nabe 14 umfaßt, sowie das Verstärkungsteil 18 sind aus verhältnismäßig steifem Stahl hergestellt (SAE 1950 AK; das spinnenförmige Teil ist ungefähr 0,185 Zoll dick und das Teil 18 ungefähr 0,04 9 Zoll dick). Das Blatt 16 ist aus einem flexiblen, elastischen Edelstahl (AISI 301, ungefähr 0,015 Zoll dick) hergestellt. Ventilatoren der oben beschriebenen allgemeinen Bauweise sind in Automobil-Kühlersystemen in weitem Gebrauch.

Zur Vorspannung des Blattes 16 ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen. Ein stromaufwärts gelegenes Vorspannteil 30 aus demselben flexiblen, elastischen Material wie das Blatt 16 ist mit der Blattanordnung zwischen dem Blatt 16 und dem Verstärkungsteil 18 verbunden, wie am besten in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist. Das stromaufwärts gelegene Vorspannteil 30 verläuft radial entlang dem führenden Abschnitt 20 des Blattes und der Wurzel bis zur Spitze 24 des Blattes. Das stromaufwärts gelegene Teil 3 0 verläuft quer über eine beschränkte Entfernung hinter dem Arm 14 und ist so vorgeformt, daß es sich stromabwärts in einem kleineren Radius als der Radius der Krümmung des Blattes 16 krümmt. Dies geht am besten aus Figur 5 hervor. Es berührt das Blatt 16 zwischen dem Arm 14 und dem nachlaufenden Rand 24 des Blattes und drückt das Blatt in Richtung stromab. Der radial äußere Abschnitt des stromaufwärts gelegenen Teils 3 0 verläuft hinter dem Arm 14 nur über eine kurze Entfernung und drückt auf das Blatt 16 in der Nähe von dessen führendem Abschnitt. Der Wurzelabschnitt 34 des Teiles 30 erstreckt sich jedoch über eine beträchtliche Entfernung hinter dem Arm 14, beispielsweise

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über mehr als 50 % der Blattbreite hinter dem Arm 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel; er drückt gegen den Wurzelabschnitt 24 des Blattes in Richtung stromab mit einer größeren Vorspannkraft als sie vom äußeren Abschnitt des Teiles 3 0 aufgebracht wird. Die nachfolgenden Ränder 36,38 des äußeren bzw. des Wurzelabschnittes 32,34 des Teiles 30 sind vom Blatt 16 weggekrümmt.

Ein Vorspannteil 40, welches am besten in den Figuren 2,3 und zu erkennen ist, ist außerdem auf der stromabwärts gelegenen Seite des Blattes 16 vorgesehen. Das stromabwärts gelegene Vorspannteil 40 ist ebenso wie das Teil 30 aus demselben flexiblen, elastischen Material wie das Blatt 16 hergestellt. Es ist mit der Blattanordnung zwischen dem Blatt 16 und dem Arm 14 verbunden. Das stromabwärts gelegene Teil 4 0 erstreckt sich radial entlang dem führenden Abschnitt 20 von der Wurzel 22 zu der benachbarten Spitze 24; es erstreckt sich quer hinter dem Arm 14 und berührt und drückt gegen das Blatt 16 zwischen den nachlaufenden Rändern 36,38 des Wurzel- bzw. äußeren Abschnitts 32,34 des stromaufwärts gelegenen Teils 30. Das Teil 4 0 ist, wie in Figur 5 gezeigt, so vorgeformt, daß es eine Krümmung in im wesentlichen stromaufwärts-Richtung aufweist und das Blatt 16 berührt und stromaufwärts drückt.

Wenn die Komponenten der Blattanordnung miteinander verbunden werden, führt der Wurzelabschnitt 34 des Vorspannteiles 3 0 in vorteilhafter Weise dazu, daß der Wurzelabschnitt 22 des Blattes unter einem größeren Winkel gegen die Rotationsebene liegt als

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der äußere Abschnitt 24 des Blattes. Dies ergibt eine bessere Luftfolien-Konfiguration, was zu einem besseren Ventilator-Wirkungsgrad führt als bei einem Ventilator, dessen sämtliche Teile unter einem gleichförmigen Winkel gegenüber der Rotationsebene stehen. Da der äußere Blattabschnitt 24 so nahe am vorlaufenden Rand 26 wie der Blatt-Wurzelabschnitt 22 nicht gedrückt wird, wird diese vorteilhafte Form beibehalten, wenn das Blatt 16 auswandert und der Ventilator bei steigenden Rotationsgeschwindigkeiten betrieben wird. Die leichtere Vorspannkraft am äußeren Blattabschnitt 24 zusammen mit ihrer Stellung nahe am Arm 14 und die Berührung des stromabwärts gelegenen Teiles 40 hinter dem Abschnitt 24 ergeben einen Schwingungsdämpfungs-Effekt, ohne daß die Blatt-Auslenkcharakteristik nennenswert beeinflußt wird.

Von größter Bedeutung ist, daß die Vorspannung des Wurzelabschnittes 22 des Blattes die Schwingung des Blattes wesentlich reduziert, indem die natürliche Blattfreguenz erhöht und die Vibrationsamplitude verringert werden. Unter Verwendung der Vorspannteile 30 und 40, wie sie gezeigt sind, hat es sich als möglich herausgestellt, die natürliche Frequenz eines Blattes, wie es oben beschrieben wurde, auf mindestens 60 Hz zu erhöhen und die Amplitude der Schwingung bei Resonanz auf 0,20 Zoll zu verringern. Da die Frequenz von 60 Hz der Zündfrequenz eines V-8-Motors bei ungefähr 900 Umdrehungen pro Minute entspricht, liegt die natürliche Frequenz des Blattes deutlich oberhalb der normalen Motor-Leer lauf geschwindigkeiten; normalerweise treten Resonanzbedingungen nur als Übergangsphänomen auf, auch wenn die Eicheinstellungen des Motors von den Normwerten abgewandelt werden. Somit ist es

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möglich, dünnes Blattmaterial mit den erwünschten Ausbiegecharakteristiken zu verwenden, wobei gleichzeitig die Resonanzbedingungen und die Möglichkeit eines Blattfehlers minimalisiert werden.

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Claims

Patentanwälte DIpI. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. VVshnert DIpI. Phys. W. Carstens Dr.-Ing. W. Döring FRAM CORPORATION „ „„ Pawtucket Avenue 8000 M°"chen 2 East Providence Rhode Island 02916 Anwaltsakte M-4758 USA 10. Oktober 1978 Automobil-Kühlerventilator

1.) Automobil-Kühlerventilator mit einer Nabe und einer Mehrzahl von Ventilator-Blattanordnungen, von denen jede umfaßt: einen Arm, der radial von der Nabe nach außen verläuft, ein flexibles, elastisches Blatt, welches an dem Arm befestigt ist, wobei das Blatt radial von einem Wurzelabschnitt in der Nähe der Nabe zu einem spitzen Abschnitt, entfernt von der Nabe, verläuft und quer von einem führenden Abschnitt in der Nähe des Arms zu einem nachlaufenden Rand, bezogen auf die Richtung der Ventilatordrehung, verläuft, wobei der Arm und das Blatt zwischen dem vorlaufenden Abschnitt und dem nachlaufenden Rand gekrümmt sind, so daß eine konvexe Strömung an der stromaufwärts gelegenen Seite gebildet wird, definiert nach der Richtung der Luftströmung, und eine konkave Fläche an der stromabwärts gelegenen Seite des Blattes, wobei das Blatt mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit stromaufwärts auswandern kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattanordnung außerdem

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umfaßt: ein flexibles, elastisches, stromaufwärts gelegenes Vorspannteil (30), welches das Blatt (16) stromab drückt, mit dem Arm (14) verbunden ist und sich radial entlang der stromaufwärts gelegenen Seite des führenden Abschnittes (20) von der Wurzel (22) bis zur Spitze (24) des Blattes erstreckt, wobei ein radial äußerer Abschnitt (32) des stromaufwärts gelegenen Vorspannteiles (30) sich quer erstreckt und das Blatt (16) in einer ersten, begrenzten Entfernung hinter dem Arm (14) berührt, und wobei ein Wurzelabschnitt (34) des stromaufwärts gelegenen Vorspannteiles (30) , welcher über dem Wurzelabschnitt (22) des Blattes liegt, quer verläuft und den Wurzelabschnitt (22) des Blattes an einer zweiten begrenzten Entfernung,die größer als die erste Entfernung ist, berührt.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Wurzelabschnitt (34) des stromaufwärts gelegenen Vorspannteiles (30) das Blatt (16) mit einer größeren Vorspannkraft berührt als die Kraft, mit welcher der äußere Abschnitt das Blatt (16) berührt.

3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Entfernung mindestens 50 % der Breite des Blattes

(16) hinter dem Arm (14) beträgt.

4. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattanordnung außerdem ein flexibles, elastisches, stromabwärts gelegenes Vorspannteil (40) umfaßt, welches am Arm (14) befestigt ist und radial entlang der

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stromabwärts gelegenen Seite des führenden Abschnitts (20) von der Wurzel (22) bis zur Spitze (24) des Blattes (16) verläuft, wobei das stromabwärts gelegene Vorspannteil (40) quer von dem führenden Abschnitt über eine beschränkte Entfernung auf den nachfolgenden Rand zu verläuft und das Blatt (16) hinter dem Arm (14) und zwischen dem führenden Abschnitt und dem nachlaufenden Rand berührt und das Blatt (16) in Richtung stromaufwärts vorspannt.

5. Ventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das - stromab gelegene Vorspannteil (40) sich quer erstreckt, das Blatt (16) in einer dritten, begrenzten Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Entfernung berührt und drückt.

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