DE3014872A1

DE3014872A1 - Mehrfluegeliges ventilatorrad

Info

Publication number: DE3014872A1
Application number: DE19803014872
Authority: DE
Inventors: Masaharu Hayashi; Sunzo Tsuchikawa
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE3014872C2; US4347038A; AU5745980A; GB2048395A; JPS6227280B2; GB2048395B; JPS55139997A; AU538432B2

Description

?.[) nie Erfindung bezieht sich auf ein mehrflügeliges Ventilator- ! ,iii aus Kunststoff material für Kraftfahrzeuge und insbesondere ιμΓ das Profil <!.:r Flügel des Ventilatorrades im Querschnitt, (iis derart bestimmt ist, daß hOhcre Lebensdauer und Festigkeit der flügel erreicht wird, während gleichzeitig bei einer Zunahme der Drehzahl des Flügelrades zunehmend eine gewünschte Verformung der Flügel erfolgt.

Es ist vorgeschlagen worden, die Kühlventilatorräder aus Kunststoffmaterial herzustellen, um die Geräuschentwicklung 0 zu vermeiden, die gelegentlich durch Flügel aus Metall hervorgerufen wird, und um die oben erwähnte Verformung der Flügel auf einfache Weise zu erreichen, damit der Luftdurchfluß und der Leistungsbedarf bei höheren Drehzahlen verringert sind, um zu starke Kühlung und eine Verringerung des Nutz-Wirkungsgrades der zugehörigen Brennkraftmaschine zu vermei-

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den. Bei der Festlegung der Dicke der Flügel des Flügelrades auf einen geeigneten Wert sind insofern Schwierigkeiten aufgetreten, als bei herkömmlichen Flügeln die Gefahr besteht, daß sie während ihrer vorgesehenen Betriebsdauer an einer Stelle an der Vorderkante des Flügels brechen. Dies kann dadurch verursacht sein, daß sich durch Resonanz des Flügels und vom Antriebselement der Brennkraftmaschine verursachte Belastungen besonders an dieser Stelle konzentrieren.

Die Verwendung einer an sich bekannten Flüssigkeitskupplung zwischen dem Antriebselement und der Nabe des Ventilatorrades führt dazu, daß sich die Flüssigkeit in günstiger Weise dämpfend auswirkt und daß sie die Flügel vor Resonanz schützt. Eine solche Flüssigkeitskupplung verliert jedoch ihre Wirkung, wenn der Flüssigkeitsinhalt aus der Flüssigkeitskammer der Flüssigkeitskupplung aufgrund von gelegentlich auftretenden Temperaturänderungen in der Umgebung entleert wird.

Wenn die Dicke des Flügels an der oben erwähnten Stelle an der Vorderkante entsprechend gewählt wird, kann dies eine geeignete Gegenmaßnahme gegen die beschriebenen Nachteile herkömmlicher Ventilatorräder sein. Dies trifft jedoch insofern auf Schwierigkeiten, als dann möglicherweise nicht mehr sichergestellt ist, daß'sich jeder Flügel bei höheren Drehzahlen des Ventilatorrades zwangsläufig in der gewünschten optimalen Weise verformt, damit das Ventilatorrad ein zumindest annähernd ideales Verhalten zeigt und die Brennkraftmaschine nicht zu stark gekühlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventilatorrad zu schaffen, bei dem die Nachteile herkömmlicher Ventilatorräder nicht auftreten. Das zu schaffende Ventilatorrad soll dabei derart beschaffen sein, daß sich die Flügel bei zunehmender Drehzahl des Ventilatorrades zwangsläufig im optimalen Sinne verformen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem mehrflügeligen Ventilatorrad aus Kunststoffmaterial mit einer mittigen Nabe und mit mehreren radial von der Nabe ausgehenden Flügeln, die jeweils flexibel und einstückig mit der Nabe ausgebildet sind und im auf den Fuß des Flügels folgenden Bereich ein bestimmtes Profil im Querschnitt haben, dadurch gelöst, daß dieses Profil des Flügels die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen einem Mittelpunkt und der Vorderkante im Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke an der Vorderkante zur Dicke am Mittelpunkt in einem Bereich von 1,0 bis 1,5 liegt, und ferner die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen dem Mittelpunkt und der Hinterkante in demselben Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke am Mittelpunkt so festgelegt is}:, daß das Verhältnis der Dicke an der Hinterkante zur Dicke am Mittelpunkt in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 liegt. Die Lage des Mittelpunktes ist durch Vorgabe seines Abstandes von der Vorderkante festgelegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht eines Flügels eines herkömmlichen

Ventilatorrades, dessen übrige Teile mit Ausnahme seiner Drehachse, die strichpunktiert dargestellt ist, nicht dargestellt sind, wobei Linien gleicher Spannung aufgrund von Resonanz eingezeichnet sind;

Figur 2 eine Figur 1 ähnliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

5 Figur 3 einen Querschnitt gemäß A-A in Figur 4 durch ei-

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nen Flügel des erfindungsgemä.ßen Ventilatorrades gemäß Figur 2;

Figur 4 eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung; und

Figur 5 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Im folgenden wird zunächst auf Figur 1 eingegangen, die ausschnittsweise ein herkömmliches Ventilatorrad zeigt, von dem lediglich einer der radialen Flügel 10 dargestellt ist. Der Flügel 10 besteht aus herkömmlichem Kunststoffmaterial mit geeigneter Elastizität und ist einstückig mit einer nicht dargestellten Nabe ausgebildet, mit der der Flügel an seinem in Figur 1 obersten Ende bzw. seinem Fuß 22 verbunden ist. Im Einbauzustand des Ventilatorrades wird die Nabe um eine gestrichelt dargestellte Drehachse 12 gedreht, wobei der Antrieb in der Regel mittels eines Antriebselementes über eine herkömmliche Flüssigkeitskupplung erfolgt.

Während das Ventilatorrad um die Drehachse 12 gedreht wird, hat der flexible Flügel aus Kunststoffmaterial die Neigung, bei zunehmender Drehzahl aufgrund von Zentrifugalkräften und aufgrund des Luftwiderstandes sich flacher einzustellen bzw. den Anstellwinkel zu verringern, so daß dadurch der Luftdurchfluß durch das Ventilatorrad und die zu seinem Antrieb benötigte Leistung wesentlich verringert werden. Dies hat zur Folge, daß der Fahrzeugantrieb mit höherem Wirkungsgrad erfolgt und daß die Ventilatorgeräusche verringert sind.

Wenn das herkömmliche Ventilatorrad gedreht wird, ist die Verteilung der Spannungen im Flügel 10 derart, wie dies für die gesamte Fläche des Flügels in Figur 1 mit Hilfe von Linien 14 dargestellt ist, die wie die Isothermen einer Wetterkarte aus-

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sehen. Dieses Darstellungsverfahren basiert darauf, Punkte gleicher Last bzw. Spannung im Flügel aufzutragen, durch die der Verlauf der Linien 14 definiert wird, die im folgenden als Linien gleicher Spannung bezeichnet werden. 5

Die Drehrichtung des Ventilatorrades ist in Figur 1 unten durch einen gekrümmten Pfeil angedeutet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die linke Kante des Flügels 10 dessen Vorderkante 18 und ist die rechte Kante die Hinterkante 20 des Flügels 10.

Aus Figur 1 ist erkennbar, daß insbesondere im Bereich eines Punktes 16 an der Vorderkante 18, der sich nahe dem Fuß 22 des Flügels 10 befindet, die Konzentration der Linien 14 gleicher Spannung besonders hoch ist. An diesem Punkt 16 mit besonders hoher Spannungskonzentration ist die Gefahr eines Bruches, durch den die Lebensdauer des Ventilatorrades verringert wird, besonders hoch.

In Figur 2 ist ein Flügel 110 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Kontur des Flügels in der dargestellten Ansicht stimmt genau überein mit der Kontur des herkömmlichen Flügels 10 gemäß Figur 1. Dagegen ist die Dicke des erfindungsgemäßen Flügels in im folgenden ausführlich beschriebener Weise bestimmt. Der Flügel 110 wird um eine strichpunktiert dargestellte Drehachse 112 in Richtung eines gekrümmten Pfeiles gedreht, der unten in Figur 2 dargestellt ist. Wie aus Figur 2 erkennbar ist, ist die Konzentration von Linien 114 gleicher Spannung im Bereich des Punktes 116 im Flügel 110 erheblich geringer als im Bereich des entsprechenden Punktes 16 des Flügels 10 gemäß Figur 1.

In Figur 3 sind in Umfangsrichtung verlaufende Querschnitte durch die Flügel 110 und 10 zum Vergleich übereinander dargestellt. Der Querschnitt durch den Flügel 110 ist mit einer

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ausgezogenen Kurve dargestellt und verläuft gemäß A-A in Figur 4 in einem begrenzten Flächenbereich a, der noch ausführlicher erläutert wird. Der andere, strichpunktiert dargestellte Querschnitt verläuft entlang einer nicht dargestellten entsprechenden Schnittlinie durch den herkömmlichen Flügel 10 gemäß Figur 1. Wie aus Figur 3 erkennbar ist, nimmt die Dicke des erfindungsgemäßen Flügels 110 im Querschnitt von einem Mittelpunkt aus nach außen kontinuierlich zu, wogegen die maximale Dicke T des Flügels 10 im Mittelbereich zwischen der Vorderkante 18 und der Hinterkante 20 liegt. Der Punkt maximaler Dicke des Flügels 10 hat einen Abstand L von der Vorderkante 18, der sich als Produkt aus der gesamten Länge 1 im Querschnitt, d.h. der Flügeltiefe, und dem Zahlenwert 0,4 bis 0,6 ergibt. T bezeichnet auch die Dicke am Mittelpunkt des Flügels 110.

Bei dem in Figur 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat jeder Querschnitt durch den Bereich a des Flügels 110 ein solches Profil, daß dieses Profil die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen dem Mittelpunkt und der Vorderkante 118 im Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke T am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tf an der Vorderkante 118 zur Dicke T am Mittelpunkt in einen Bereich von 1,0 bis 1,5 fällt, und daß dieses Profil ferner die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen dem Mittelpunkt und der Hinterkante 120 in demselben Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke T am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tb an der Hinterkante 120 zur Dicke T am Mittelpunkt in einen Bereich von 0,7 bis 1,2 fällt. Die Lage des Mittelpunktes ist so festgelegt, wie dies vorstehend bereits angegeben wurde. Der Bereich a schließt sich radial auswärts unmittelbar an die oberste Kante bzw. den Fuß 122 des Flügels 110 an, und die Länge Se des Bereiches a ist durch das Produkt aus der gesamten ra-

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dialen Länge bzw. Spanne S des Flügels 110 und dem Zahlenwert 0,2 bis 0,6 bestimmt.

Es hat sich erwiesen, daß bei dem auf vorstehend beschriebene Weise ausgebildeten Flügel die vorstehend erläuterte Konzentration der Linien gleicher Snannung am Punkt 116 im Bereich a (siehe Figur 4) weitgehend vermieden ist und daß dieser Flügel dennoch in der Lage ist, zwangsläufig seine Form im gewünschten optimalen Sinn bei höheren Drehzahlen des Ventilatorrades zu ändern.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Jeder Querschnitt durch den Bereich b dieses Flügels, beispielsweise gemäß der Linie B-B, hat ein Profil, das die gleichen Bedingungen wie bei dem ersten, in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfüllt. Der Bereich b schließt sich an die oberste Kante bzw. den Fuß 222 an und erstreckt sich in radialer Richtung über die Länge Sf, die gleich dem Produkt aus der Länge bzw. Spanne S des Flügels 210 und dem Zahlenwert 0,2 bis 0,35 ist.

Darüberhinaus hat jeder Querschnitt in einem Bereich c, wobei der Querschnitt beispielsweise gemäß der Linie C-C verläuft, ein Profil, das den gleichen Bedingungen wie das vorstehend 5 erläuterte Profil genügt, wobei jedoch die folgenden Beziehungen zwischen der Dicke Tf an der Vorderkante 218, der Dicke Tb¹ an der Hinterkante 22 0 und der Dicke T' am Mittelpunkt desselben Querschnittes gelten:

Tf = T¹ · (0,8 bis 1,5)

0 Tb¹ = T¹ · (0,4 bis 1,0)

Der Bereich c schließt sich radial außen an den ersten Bereich b an und reicht bis zu einer radialen Länge Sg, die gleich dem Produkt aus der gesamten radialen Länge bzw. Spanne S und dem Zahlenwert 0,4 bis 0,6 ist.
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Da die Größen Tf, Tb¹ und T¹ den Größen Tf, Tb und T des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, ist das Profil des Querschnxttes im Bereich c nicht dargestellt.

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Claims

Patentansprüche

; 1 .) Mehrflügeliges Ventilatorrad aus Kunststoffmaterial mit einer ^w mittigen Nabe und mehreren radial von der Nabe ausgehenden Flügeln, die jeweils flexibel und einstückig mit der Nabe ausgebildet sind und im auf den Fuß des Flügels folgenden Bereich ein bestimmtes Profil im Querschnitt haben, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Profil des Flügels (110, 210) die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen einem Mittelpunkt und der Vorderkante (118, 218) im Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke T am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tf an der Vorderkante zur Dicke T am Mittelpunkt in einem Bereich von 1,0 bis 1,5 liegt, und ferner die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen dem Mittelpunkt und der Hinterkante (120, 220) in demselben Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke T am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tb an der Hinterkante zur Dicke T am Mittelpunkt in einem Bereich von 0,7 bis 1,2 liegt, wobei der Mittelpunkt im Querschnitt in einem Abstand L von der Vorderkante liegt, der sich als Produkt aus der gesamten Länge 1 des Querschnittes und dem Zah-

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lenwert 0,4 bis 0,6 ergibt.
2. Ventilatorrad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich (a) des Flügels (110), in dem das Profil die Bedingungen erfüllt, derart begrenzt ist, daß gilt

Se = S · (0,2 bis 0,6) ,

wobei Se die radiale Länge des Bereiches und S die gesamte radiale Länge des Flügels ist.
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3. Ventilatorrad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß der sich an den Fuß (222) des Flügels (210) anschließende Bereich (b) derart begrenzt ist, daß gilt If = S · (0,2 bis 3,5), wobei Sf die radiale Länge des Bereiches (b) und S die gesamte radiale Länge des Flügels ist, daß der Flügel ein weiteres, anderes Profil in einem Querschnitt durch einen zweiten Bereich (c) hat, der sich radial außen an den ersten Bereich anschließt und derart begrenzt ist, daß gilt

Sg -= S · (0,4 bis 0,6),

wobei Sg die gesamte radiale Länge von erstem und zweitem Bereich ist, und daß das weitere, andere Profil des Flügels die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen einem Mittelpunkt und der Vorderkante (218) im Querschnitt durch den zweiten Bereich in Abhängigkeit von der Dicke T¹ am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tf an der Vorderkante zur Dicke T¹ am Mittelpunkt in einem Bereich von 0,8 bis 1,5 liegt und ferner die Bedingung erfüllt, daß die Rate der kontinuierlichen Änderung der Dicke zwischen dem Mittelpunkt und der Hinterkante (220) in demselben Querschnitt in Abhängigkeit von der Dicke T¹ am Mittelpunkt so festgelegt ist, daß das Verhältnis der Dicke Tb' an der Hinterkante zur Dicke T¹ am Mittelpunkt in einem Bereich von 0,4 bis 1,0 liegt.

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