DE3137114A1 - Axialgeblaese, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Axialgeblaese, insbesondere fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
HOEGER, STELLRECHT & PARTNER
PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c - D TOOO STUTTGART 1
A 44 788 b Anmelder: Bolt Beranek and Newman Inc.
k - 168 50 Moulton Street
16.9.1981 Cambridge, Massachusetts 02138
USA
Beschreibung Axialgebläse, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Axialgebläse/insbesondere zum
Einsatz auf der Rückseite eines luftgekühlten Wärmeaustauschers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer um
.eine Drehachse drehbaren Nabe und mit an der Nabe befestigten, nach außen abstehenden Flügeln.
Ein Problem, welches sich bei stark gekrümmten Gebläseflügeln
ergibt, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden sollen, besteht darin, daß an den Flügeln starke Zentrifugalkräfte
angreifen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Luft von der stromabwärts gelegenen Druckseite der Flügel
zur stromaufwärts gelegenen Saugseite der Flügel fließt. Dabei ergibt sich eine Luftströmung um die äußeren Enden der
Flügel herum. Jeder ins Gewicht fallende Rückfluß dieser Art kann zu einer Strömungsaufteilung führen. Dieser Betriebszustand
ist dann häufig an einem stärkeren Arbeitsgeräusch des Gebläses zu erkennen. Einige der vorstehend
angesprochenen Probleme verstärken sich noch, insbesondere was die Arbeitsgeräusche anbelangt, wenn das Gebläse in
einer turbulenten Luftströmung arbeitet.
Bei Kraftfahrzeugen ist ein Gebläse häufig hinter einem
Wärmeaustauscher angeordnet, wo es Luft vom Wärmeaustau-
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scher ansaugt. Dabei ist einerseits der Wirkungsgrad des Gebläses wichtig, da der Wärmeaustauscher durch einen stärkeren
Luftstrom wirksamer gekühlt wird. Andererseits ist auch die Geräuschentwicklung des Gebläses ein sehr wichtiger
Faktor. Dies gilt besonders für Fahrzeuge, bei denen das Gebläse nach dem Abschalten des Motors weiterlaufen
kann oder bei denen andere Geräuschquellen zielstrebig so weit gedämpft sind, daß die lautesten Geräusche vom Gebläse
kommen.
Übliche Kraftfahrzeuggebläse haben, wie die meisten Raumlüfter,
Flügel, die mit ihrem inneren Ende an einer Nabe befestigt sind, die von einer drehbaren Welle angetrieben
wird. Dabei sind die Flügel üblicherweise gerade, d. h. nicht gekrümmt, während die Flügeltiefe bzw. Blattiefe relativ
gleichmäßig um eine radiale Mittellinie der Flügel verteilt ist. Weiterhin ist eine gerade Mittellinie vorhanden.
Die Gebläseflügel sind außerdem mit einem gewissen Anstellwinkel angeordnet, um bei laufendem Gebläse die Luft
in axialer Richtung zu fördern. Dabei sind die Flügel häufig aus Metallblech gestanzt und können,außer daß sie unter
einem Anstellwinkel angeordnet sind, auch in gewissem Umfang gewölbt sein.
Während die meisten derzeit üblichen Kraftfahrzeuggebläse als Gebläse der vorstehend beschriebenen Art ausgebildet
sind, ist zumindest bei einem bekannten Gebläse ein äußerer Ring vorgesehen, der die Flügel umgibt und der mit den
äußeren Enden der Flügel verbunden ist. Diese Konstruktion sorgt für eine verbesserte mechanische Halterung der Flügel.
Die US-PS 1 441 852 beschreibt ferner einen sehr frühen Kraftfahrzeugventilator mit einem äußeren Rand, der
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demselben Zweck dient. Der Rand ist dabei ein dünner Ring aus einem geeigneten Material, mit dem die Flügel über
dünne Streifen verbunden sind. Dabei sind die Flügel gerade; ihr Anstellwinkel steigt jedoch zwischen Nabe und
Rand in Richtung auf den Rand an. Außerdem sind die Flügel gewölbt. Äußere Stützringe werden gelegentlich auch
bei Raumventilatoren verwendet, wie dies in der US-PS 818 804 beschrieben ist. Gemäß dieser Patentschrift dient
der äußere Ring jedoch der Halterung von Flügeln, die aus einem flexiblen Material bestehen und zwischen der Nabe
und dem Ring aufgehängt sind.
Auch Schiffsschrauben werden bereits mit einem äußeren Ring
gebaut, der die Schraubenflügel abstützt. Beispiele hierfür finden sich in den ÜS-PSen 5.364; 506 572; 1 518 501
und 2 270 615. Außer der Stützfunktion hat der äußere Ring dabei gemäß der ÜS-PS 5 3 64 die Funktion eines äußeren Gehäuses,
welches ein tangentiales Abfließen des Wassers von den Flügeloberflächen verhindert. Gemäß der US-PS.1 518
wirkt der äußere Ring als eine Ummantelung mit Düsenwirkung .
Sowohl bei Schiffsschrauben wie auch - in geringerem Umfang
bei Ventilatoren ist es ferner bekannt, die Flügel zu krümmen, d.h. bezüglich der Mittellinie des Flügelfußes abzubiegen.
Eine derartige Ausgestaltung ist in der US-PS 1 518 501 gezeigt. Gemäß dieser Patentschrift nimmt der
Flügelanstellwinkel dabei zwischen der Nabe und der äußeren Ummantelung ständig ab. Bei Luftventilatoren wurden gekrümmte
Flügel anscheinend nur bei älteren Raumlüftern verwendet. Leise laufende Ventilatoren mit gekrümmten Flügeln und
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einem äußeren mit den Flügelenden verbundenen Tragelement
sind jedoch nicht bekannt geworden.
Im vorliegenden Zusammenhang ist zu beachten, daß Schiffsschrauben und Lüfter bzw. Gebläse aufgrund unterschiedlicher
Überlegungen konzipiert werden. Eine Schiffsschraube,
die im Wasser eine gute Leistung erbringt, ist folglich nicht notwendigerweise als Basis für die Gestaltung eines
Lüfterrades geeignet. Ein Grund hierfür besteht darin, daß
nahezu alle Schiffsschrauben so gebaut sind, daß sie bei
vorwärts fahrendem Wasserfahrzeug arbeiten. Die Bewegung des Wasserfahrzeugs führt dabei dazu, daß die Schraubenflü-.
gel nur schwach belastet werden, d.h. dem Wasser nur eine geringe Beschleunigung erteilen. Eine entsprechende Bewegung
ist normalerweise bei Lüftern nicht vorhanden. Bei der konstruktiven Gestaltung müssen außerdem die Unterschiede in
den Arbeitsmedien, nämlich Luft einerseits und Wasser andererseits^,
berücksichtigt werden. Beispielsweise stellt die Kavitation bei der Ausbildung von Schiffsschrauben ein wichtiges
Problem dar, während sich bei Lüftern kein entsprechendes Problem ergibt.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Axialgebläse anzugeben, welches in einer turbulenten Luftströmung mit geringerer
Geräuschentwicklung arbeitet als übliche Gebläse entsprechender
Größe und mit ähnlicher Funktion»
Diese Aufgabe wird durch ein Axialgebläse der eingangs beschriebenen
Art gelöst, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein die Nabe konzentrisch umgeben-
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des Band vorgesehen ist, dessen Hauptflächen im wesentlichen in Richtung der Drehachse verlaufen; daß die Flügel
an ihrem äußeren Ende über ihre gesamte Breite mit dem Band verbunden sind, daß die Flügel in Laufrichtung eine
starke Krümmung aufweisen und daß die Flügel zumindest in ihrem an das Band angrenzenden Teil einen in Abhängigkeit
vom Flügelradius zunehmenden Anstellwinkel haben.
Ein besonderer Vorteil des Gebläses gemäß der Erfindung besteht darin, daß es einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist,
da gegenüber einem üblichen Gebläse mit gleicher Antriebsleistung eine erhöhte Druckdifferenz aufgebaut
werden kann. Andererseits kann dieselbe Förderleistung wie bei üblichen Gebläsen mit geringerer Antriebsleistung
erreicht werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Gebläses besteht ferner
darin, daß eine Rezirkulation zwischen der Druckseite und der Saugseite weitgehend vermieden wird.
Weiterhin ist es ein Vorteil des Gebläses gemäß der Erfindung,
daß es einfach aufgebaut, mechanisch stabil, vergleichsweise leicht und kostengünstig herzustellen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist ein leise laufendes Axialgebläse, welches besonders für die Verwendung in einer turbulenten Luftströmung geeignet
ist, einen Satz von Flügeln auf, deren Fußteile jeweils an einer Nabe befestigt sind und deren äußere Enden
an einem ringförmigen Band befestigt sind, welches gegenüber der Nabe zumindest im wesentlichen konzentrisch angeordnet ist. Die Flügelspitzen sind dabei an dem Band kon-
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timiierlich auf ihrer vollen Breite befestigt. Außerdem
definiert das Band einen sich ändernden Querschnitt, so daß ein Luftkanal geschaffen wird, der sich in Richtung der
Luftströmung durch das Gebläse verjüngt bzw. verengt.
Die Flügel des erfindungsgemäßen Gebläses sind dabei
stark nach vorn, d.h. in Laufrichtung gekrümmt,, derart, daß
die Mittellinie der oberen Hälfte jedes Flügels angrenzend an das Band winkelmäßig gegenüber der Mittellinie des Flügelfußes
mindestens um die Hälfte des Winkelabstandes zwischen benachbarten Flügeln versetzt ist. Außerdem haben
die Flügel einen Anstellwinkel, der sich als Funktion des Flügelradius ändert, insbesondere derart, daß der Anstellwinkel
der Flügel gegenüber der Laufebene des Flügelrades mit dem Flügelradius zumindest auf den äußeren
30 % des Flügels zunimmt.
Vorzugsweise haben die Flügel eine gewölbte Tragflügelform,
um die Geräuschentwicklung zu verringern und einen maximalen Luftdurchfluß zu erreichen. Weiterhin sind die Nabe,
die Flügel und das Band vorzugsweise als ein einziges, einstückiges Bauteil, insbesondere als Spritzteil aus
Kunststoffmaterial, ausgebildet. Das Axialgebläse kann dabei
außerdem eine ummantelung aufweisen, die im wesentlichen von einer Quelle für einen turbulenten Luftstrom,
beispielsweise von einem Kraftfahrzeug-Wärmeaustauscher,
bis zur Saugseite des Gebläses reicht. Die Ummantelung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, daß eine
Rezirkulation von Luft von der Druckseite zur Saugseite.
um die Außenseite des Bandes herum verhindert wird. Weiterhin ist die Ummantelung vorzugsweise trichterartig und
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so·ausgebildet, daß sie an ihrem einen Ende nur einen geringen
Abstand vom äußeren Ende des Gebläses aufweist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert
und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Gebläses gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Rückansicht des Gebläses gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1;
Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1;
Fig. 7 eine stark vereinfachte Seitenansicht des Gebläses gemäß Fig. 1 bis 7 in Verbindung mit einer
Ummantelung/ einem weiteren Lüfter und einem Radiator auf der Saugseite des Gebläses.
Im einzelnen zeigt Fig. 7 ein Kraftfahrzeug-Gebläse 12 gemäß
der Erfindung. Das Gebläse 12 ist hinter einem Wärmeaustauscher,
typxscherweise einem Kauptradiator 14 angeordnet und saugt die Luft über diesen an. Die das Gebläse
12 verlassende Luftströmung, die durch die Pfeile 16 ange-
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deutet ist, ist dabei von dem Radiator 14 weggerichtet.
Die Luftströmung ist eine axiale Strömung, die im wesentlichen in Richtung der Drehachse des Gebläses 12 verläuft.
Das Gebläse 12 gemäß der Erfindung ist besonders bei Automobilen mit Klimaanlagen nützlich. Bei einer typischen
Anordnung dieser Art ist dabei ein zusätzlicher Radiator
20 der Klimaanlage in Strömungsrichtung vor dem Hauptradiator 14 angeordnet.
Ein wichtiger Aspekt beim Einsatz des Gebläses 12 besteht
darin, daß die den Radiator 14 verlassende Luft, welche dem Gebläse 12 zugeführt wird, als stark turbulente Strömung mit ungleichmäßigem Strömungsquerschnitt vorliegt.
Trotz dieser Ungleichmäßigkeit auf der Einlaßseite muß das Gebläse nun eine ausreichend starke Luftströmung erzeugen,
um den Hauptradiator 14 und/oder den Radiator 20 der Klimaanlage abzukühlen. Dabei ist es außerdem wichtig, daß die
für eine ausreichende Luftströmung zum Bewirken der gewünschten Abkühlung erforderliche Antriebsenergie möglichst
gering ist. Mit diesem Problem ist der Wirkungsrad des Gebläses eng verknüpft, der als Produkt des geförderten
Luftvolumens und des mittleren Druckabfalls geteilt durch die erforderliche Antriebsenergie für das Gebläse definiert
ist. Außerdem ist zu beachten, daß bei Klimaanlagen, bei denen das Gebläse 12 nach Abschalten der Brennkraftmaschine
weiterläuft, eine möglichst geringe Geräuschentwicklung haben soll. Bei einem üblichen Gebläse (Durchmesser etwa
38 cm; Förderleistung etwa 22,7 m3/min gegen einen mittleren
Druck von 5,0 mm Hg) liegt der Geräuschpegel typi·» sicherweise bei etwa 72 dBA . Dieser Geräuschpegel kann
beim Fahrer eines Kraftfahrzeugs bereits den Eindruck er-
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wecken, als ob der Motor selbst liefe. Im Gegensatz dazu
erzeugt das Gebläse gemäß der Erfindung unter den gleichen Bedingungen nur einen Geräuschpegel von etwa
64 dBA . Diese Absenkung des Geräuschpegels ist für die Benutzer des Gebläses von großer Bedeutung. Weiterhin
hat es sich gezeigt, daß das Gebläse gemäß der Erfindung bei gleicher Förderleistung für die über den Hauptradiator
und den Radiator der Klimaanlage angesaugte Luft eine geringere Antriebsenergie benötigt.
Zur Erzielung dieser verbesserten Leistung speziell beim Einsatz in Verbindung mit der Klimaanlage eines Automobils
wird das erfindungsgemäße Gebläse 12 vorzugsweise in Verbindung
mit einer Ummantelung 24 eingesetzt, die sich zwischen dem Radiator 14 und dem äußeren Rand des Gebläses
12 erstreckt. Der Hauptzweck der Ummantelung 24 be- · steht darin, die Rezirkulation von Luft um den äußeren
Rand des Gebläses 12 herum von der Druckseite hinter dem Gebläse zur Saugseite auf der Vorderseite des Gebläses angrenzend
an den Hauptradiator 14 zu verhindern. Eine derartige Rezirkulation bewirkt nämlich eine Aufspaltung der
Strömung durch das Gebläse, die von einer Erhöhung des Geräuschpegels begleitet ist. Die Ummantelung kann in jeder
Weise ausgebildet sein,durch die eine solche Rezirkulation verhindert wird. Bei einer bevorzugten. Ausführungsform
ist die Ummantelung trichterförmig ausgebildet und zwischen
der im wesentlichen rechteckigen Rückseite des Radiators und dem im wesentlichen kreisförmigen äußeren Rand
des Gebläses angeordnet, wobei der Querschnitt angrenzend an das Gebläse geringer ist. Zwischen der Ummantelung und
dem Gebläse kann dabei ein kleiner Spalt vorhanden sein, welcher den Fertigungstoleranzen des Flügelrades Rechnung
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trägt. Der Spalt darf dabei jedoch nicht so groß sein,
daß eine ins Gewicht fallende Rezirkulation eintritt.
In Fig. 1 bis 6 ist das erfindungsgemäße Gebläse 12 mehr
ins Einzelne gehend dargestellt. Man erkennt, daß eine Nabe 26 mit einer Mittelöffnung 26a in einem zylindrischen,
axial ausgerichteten Nabenansatz 26b vorgesehen ist. Die öffnung 26a dient der Aufnahme einer Antriebswelle
zum Antreibendes Gebläses. Die öffnung 26a ist dabei
bezüglich der Nabe 26 zumindest im wesentlichen zentriert und definiert die Drehachse für das Gebläse 12. Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nabe im wesentlichen hohl und schalenförmig aufgebaut und besitzt
eine glatte, konvexe Vorderseite auf der vorderen Seite bzw. der Niederdruckseite des Gebläses und eine hohle,
konkave Rückseite an der Rückseite bzw. der Druckseite des Gebläses (Fig. 2).
Das Gebläse 12 besitzt mehrere Flügel 28, die sich jeweils von der Nabe 26 bis zu einem äußeren ringförmigen Band 30
erstrecken, welches zumindest im wesentlichen konzentrisch zur Drehachse des Gebläses angeordnet ist und die Flügel
28 umschließt. Das äußere Band 30 stellt dabei einen wesentlichen Bestandteil des Gebläses gemäß der Erfindung
dar. Das Band erhöht nicht nur die Stabilität des Gebläses, indem es die Flügel 28 an ihren Spitzen abstützt; es hält
vielmehr auch die Luft auf den Arbeitsflächen der Flügel 28 und verhindert insbesondere, daß die Luft um die äußeren
Enden der Flügel 28 herum von der Druckseite zur Saugseite fließen kann. Das Band 30 besitzt vorzugsweise einen
solchen Querschnitt, daß es in radialer Richtung dünn ist
und sich in axialer Richtung zumindest über eine Strecke
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erstreckt, die gleich der Breite der Flügel 28 ist. Der
innere Radius des Bandes 3 0 verändert sich dabei in axialer Richtung. Im einzelnen ist der Radius an der Vorderkante
am größten und verringert sich dann sehr schnell, wodurch ein Düseneffekt erhalten wird, der die Luftströmung
durch das Band hindurch beschleunigt. Die Querschnittsform des Bandes 3 0 ist in Fig. 6 besonders deutlich
dargestellt. Nach der anfänglichen Verjüngung hat das Band einen im wesentlichen konstanten Radius. Das vordere,
sich nach außen erweiternde Ende des Bandes ist mit einer nach außen gewandten Lippe 3Od versehen.
Jeder der Flügel 28 besitzt ein inneres Ende bzw. einen Fuß 28a, der an der Nabe 26 befestigt ist, sowie ein äußeres
Ende 28b, das an der Innenseite des Bandes 3 0 befestigt ist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht
darin, daß die äußeren Enden 28b der Flügel 28 mit dem Band 3 0 über die volle Flügelbreite verbunden sind und
nicht nur an einem einzigen Punkt oder über ein schmales Verbindungsband. Die erfindungsgemäße Art der Verbindung
ist wesentlich für die Steuerung der Rezirkulation von Luft
von der Druckseite der Flügel zur Saugseite derselben. Die
Art der Verbindung fördert auch die Lenkung der Luftströmung
gegen die Arbeitsflächen der Flügel 28 mit minimaler
Turbulenz. Ein.weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Flügel 28 stark nach vorn gekrümmt
sind, d.h. in Lauf- bzw. Drehrichtung des Gebläses» Diese
Drehrichtung ist in Fig. 1 durch den Pfeil 32 angedeutet. Die Krümmung nach vorn ist dabei ausreichend stark, um
zumindest die zweite Harmonische der Flügelfrequenz in dem
beim Arbeiten des Gebläses erzeugten Geräusch zu unterdrükken. Zu diesem Zweck liegt die Mittellinie 34 der oberen
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Hälfte jedes Flügels 28 winkelmäßig um mindestens den halben Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Flügeln 28
vor der Mittellinie des Fußes 28b des betreffenden Flügels 28, Wenn also das Gebläse beispielsweise 5 Flügel hat, die
in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, dann beträgt der Winkelabstand 72°. In diesem Fall sollte die Mittellinie 34 mindestens 36° vor der Mittellinie 36 des Fußes
28b liegen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen
Gebläses besteht darin, daß der Anstellwinkel der Flügel als Funktion des Flügelradius zumindest auf den äußeren
30 % des Flügelradius, d.h. in dem Bereich 38 in Fig. 1 zunimmt. Wie aus Fig, 3 bis 5 deutlich wird, welche den
Flügelquerschnitt von innen nach außen für verschiedene Radien zeigen, nimmt der Anstellwinkel vom Fuß 28a bis zum
äußeren Ende 28b gleichmäßig zu. Während der Anstellwinkel mit dem Radius ausgehend vom Fuß bis zu 70 % des Radius
abnehmen könnte, nimmt der Anstellwinkel.vorzugsweise monoton als Funktion des Radius zu, d.h. er bleibt konstant
oder wächst, nimmt jedoch nicht ab. Ein Zweck der Zunahme des Anstellwinkels im Bereich der äußeren Enden 28b der
Flügel 28 besteht darin, den richtigen Wert für den axialen Schub unter Berücksichtigung des Strömungsverhaltens
hinsichtlich des Radiators und der Ummantelung zu erreichen. Ein weiterer Zweck besteht darin, den richtigen
Schub im Hinblick auf die Auswirkungen der Vorwärtskrümmung zu erzielen. Dabei ist zu beachten, daß diese Ausgestaltung
aufgrund der Zentrifugalkräfte, die im Betrieb auf die Flügel wirken, zu einer erhöhten mechanischen Belastung führt. Dieser erhöhten Belastung wird durch die
mechanische Abstützung entgegengewirkt, für die das Band
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sorgt. Außerdem begrenzt das Band 3 0 aufgrund der kontinuierlichen
Verbindung zwischen ihm und den äußeren Enden 28b der Flügel nicht nur die Rezirkulation, sondern auch
die Turbulenz an den Flügelspitzen, wodurch, die Geräuschentwicklung
verringert und der Wirkungsgrad verbessert wird.
Während die Flügel 28 aus Blechstreifen hergestellt werden können, deren Enden gegeneinander verdreht sind, um die
gewünschte Änderung des Anstellwinkels zu erhalten, besitzen die einzelnen Flügel vorzugsweise ein Tragflügelprofil·,
wie dies besonders aus Fig. 3 bis 5 deutlich wird. Außerdem sind die Flügel 28 vorzugsweise gewölbt, um die Last
in wirksamer Weise über die Flügeltiefe zu verteilen. Die Vorderkante der Flügel ist dabei durch eine im wesentlichen
runde Gestalt gekennzeichnet, während die Hinterkante der Flügel in eine scharfe Kante ausläuft. Vorzugsweise beträgt
dabei die Dicke der Flügel in ihrer Mitte mindestens 4 % der Flügeltiefe. .
Während die verschiedenen Elemente des Gebläses 12, die
vorstehend beschrieben wurden, getrennt hergestellt und später zu dem Gebläse zusammengesetzt werden können, wird
das erfindungsgemäße Gebläse vorzugsweise als einstückiges
Bauteil hergestellt. Insbesondere wird das Gebläse bzw. das Flügelrad vorzugsweise aus einem hoch-schlagfesten
Kunststoffmaterial hergestellt, welches gespritzt werden
kann. Geeignete Materialien dieser Art sind beispielsweise Nylon oder Polypropylen. Durch die Herstellung des Flügelrades aus einem Kunststoffmaterial erhält man auch ein
geringeres Gewicht als bei entsprechenden Konstruktionen aus Metall. Außerdem lassen sich bequem stark gekrümmte
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Flügel mit sich änderndem Anstellwinkel und mit einem Tragflächenprofil herstellen, während derartige Flügel aus
Metall nur schwer und mit hohen Kosten herzustellen wären.
Während die Abmessungen und die Form des Flügelrades bzw. des Gebläses 12 je nach Verwendungszweck schwanken können,
haben sich die nachstehend angegebenen Abmessungen bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gebläses bewährt, welches für den. Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug mit Klimaanlage,
bestimmt war, bei der das Gebläse 12 in der in Fig. gezeigten und anhand dieser Figur beschriebenen Weise anzubringen
war. Bei diesem Ausführungsbeispiel besaß das Gebläse 12 einen maximalen Außendurchmesser von etwa
38,7 cm und eine Tiefe bzw. Länge von etwa 5,1 cm. Der innere Radius des Bandes 30 besaß einen Maximalwert von.
etwa 19 cm und nahm im Bereich der Lippe 32d auf einen
Minimalwert von etwa 18,2 cm ab. Die Nabe 26 besaß einen
Durchmesser von etwa 15,2 cm, während jeder Flügel eine radiale Gesamtlänge von etwa 10,7 cm besaß. Jeder Flügel
besaß eine Blatt-Tiefe von etwa 9,5 cm sowie an seinem
Fuß einen Anstellwinkel von etwa 28°, in seiher Mitte einen Anstellwinkel von etwa 30° und bei 90° seiner radialen
Länge einen Anstellwinkel von etwa 34°. Der Anstellwinkel der Flügel 28 auf den äußeren 30 % ihrer
Radien stieg ferner von 30° auf 39° an. Eine vollständige Beschreibung der Flügelform ergibt sich aus der
nachfolgenden Tabelle 1.
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Norm. Radius Blatt- An- Dicke/ Wölbung/ Vorwärts-
Radius Tiefe stell- Blatt- Blatt- krümmung
winkel Tiefe Tiefe im Bogen-
/ , , , ,o, maß
(cm) (cm) ( ) (cm)
0,42 | 7,62 | 7,62 | 28 | 0,075 | 0,045 | 0 |
0,5 | 9,14 | 8,67 | 28,1 | 0,066 | 0,043 | 0,58 |
0,6 | 10,07 | 9,47 | 28,4 | 0,060 | 0,041 | 1,9 |
0,7 | 12,80 | 9,70 | 29,3 | 0,059 | 0,038 | 4,11 |
0,8 | 14,63 | 9,40 | 30,1 | 0,061 | 0,033 | 7,1 |
0,9 | 16,46 | 8,64 | 33,9 | 0,066 | 0,028 | 10,92 |
0,95 | 17,37 | 8,10 | 36,5 | 0,070 | 0,025 | 13,08 |
1,0 | ■ 18,23 | 7,62 | 39,0 | 0,075 | 0,020 | 15,70 |
Anzahl der Flügel = 5
Die obigen Abmessungen und weiteren Werte gelten für ein spezielles Ausführungsbeispiel.
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Vorstehend wurde die konstruktive Ausgestaltung für ein Gebläse, d.h. ein Flügelrad, und für eine Gebläseanordnung
(Flügelrad mit Ummantelung) beschrieben, das bzw. die speziell für den Einsatz in einer turbulenten Luftströmung
geeignet ist und dort zu einer beträchtlichen Verringerung der Arbeitsgeräusche des Gebläses führt.
Dabei ist das Gebläse außerdem durch einen guten Wirkungsgrad ausgezeichnet. Diese Verbesserungen werden
dabei durch eine Kombination von Merkmalen erreicht, zu denen das äußere Band gehört, das mit den Flügeln
über deren volle Breite verbunden ist, wobei die Flügel stark nach vorn gekrümmt sind und zumindest zwischen
ihrem 70 %-Radius und ihrer äußeren Flügelspitze einen
zunehmenden Anstellwinkel besitzen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Band ferner einen Innendurchmesser, der sich, ausgehend von seiner Vorderkante,
in Richtung auf die Bandmitte hin verringert, ab welcher der Innendurchmesser konstant bleibt oder
sich in Richtung auf die Hinterkante des Bandes wieder vergrößert, so daß im Bereich·der Flügel ein
Düseneffekt erreicht wird, während die Flügel selbst ein Tragflächenprofil aufweisen und im Querschnitt gewölbt
sind.
Während vorstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde., versteht, es sich, daß, ausgehend
vom Ausführungsbeispiel, im Rahmen der Erfindung zahlreiche Änderungen oder Ergänz.ungen möglich sind. Beispielsweise
können die Flügel aus Flachmäterial, beispielsweise Blech, hergestellt werden, welches kein
Tragflügelprofil hat. Die Flügel können auch ohne Wöl-
- 20 -
3T371H
A 44 788 b
k - 189 - - 20 -
16.9.81
bung hergestellt werden. Außerdem ist es .nicht entscheidend,
daß der Anstellwinkel der Flügel bis zum 70 %-Radius derselben von innen her ansteigt. Ganz allgemein ist die
konstruktive Ausgestaltung des Gebläses im Bereich der Nabe und der angrenzenden Teile der Flügel von geringerer
Bedeutung als die konstruktive Ausgestaltung an den äußeren Flügelenden und angrenzend an das Band. An die Stelle der
einstückigen Konstruktion kann ferner eine Konstruktion aus mehreren Teilen treten, die in geeigneter Weise, beispielsweise
durch Schweißen, durch Verkleben oder durch Vernieten mit einander verbunden sind. Es ist auch nicht
entscheidend, daß eine trichterförmige Ummantelung vorgesehen ist, die zwischen dem Gebläse und einer Quelle turbulenter
Luft liegt. Je nach den Gegebenheiten kann auch eine anderes ausgebildete Ummantelung vorgesehen sein.
Leerseite
Claims (14)
- HOEGER, STELlRHCMT-Sc PARTNERP A T E N T A N W Ä L T ·= UHLANDSTRASSE 14 c D 7000 STUTTGART 1A 44 788 b Anmelder: Bolt Beranek and Newman Inc.k - 168 50 Moulton Street16.9.1981. Cambridge, Massachusetts 02138USAPatentansprücheM J Axialgebläse, insbesondere zum Einsatz auf der Rückseite eines luftgekühlten Wärmeaustauschers, insbesondere, in einem Kraftfahrzeug, mit einer um eine Drehachse drehbaren Nabe und mit an der Nabe befestigten, nach außen abstehenden Flügeln, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:es ist ein die Nabe (26) konzentrisch umgebendes Band (3 0) vorgesehen, dessen Hauptflächen im wesentlichen in Richtung der Drehachse verlaufen;die Flügel (28) sind an ihrem äußeren Ende (28b) über ihre gesamte Breite mit dem Band (30) verbunden, die Flügel (28) weisen in Laufrichtung eine starke Krümmung auf,und die Flügel (28) haben zumindest in ihrem an das Band (30) angrenzenden Teil einen in Abhängigkeit vom Flügelradius zunehmenden Anstellwinkel.
- 2. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelanstellwinkel mit dem Flügelradius zumindest auf den äußeren 3 0 % des Radius der Flügel zunimmt.
- 3. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (28) im Querschnitt eine gewölbte Tragflügelform aufweisen.
- 4. Axialgebläse nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (3 0) einen zu einer Beschleunigung der in Richtung der Drehachse durch den durch das Band (30) gebildeten Ring strömenden Luftströmung führenden Quer-A 44 788 bk - 168 - 2 -16.9.1981schnitt aufweist (Fig. 6) .
- 5. Axialgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (26), die Flügel (28) und das Band (30) zu einem einstückigen 3auteil zusammengefaßt sind.
- 6. Axialgebläse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Bauteil aus gespritztem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
- 7. Axialgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel monoton als Funktion des Flügelradius ansteigt.
- 8. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Krümmung der Flügel (28) in Laufrichtung so gewählt ist, daß die Mittellinie (34) der oberen Hälfte jedes Flügels (28) angrenzend an das Band (3 0) winkelmäßig zumindest um den halben winkelmäßigen Abstand zwischen zwei.benachbarten Flügeln (28) in Laufrichtung vor der Mittellinie (36) am Fuß des Flügels (28) angrenzend an die Nabe (26) angeordnet ist.
- 9. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Flügel (28) mindestens 4 % der Flügeltiefe beträgt.
- 10. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (24) vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine Luftströmung von der Druckseite zur Saugseite verhinderbar ist.A 44 788 bk - 168 - 3 -16.9.1981
- 11. Axialgebläse nach Anspruch TO, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Unterdrücken einer Luftströmung von der Druckseite zur Saugseite eine Ummantelung (24) aufweisen, welche sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckt und durch die eine Luftströmung um
den äußeren Rand des Bandes (3 0) unterdrückbar ist. - 12. Axialgebläse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (24) auf der Saugseite angeordnet
ist. - 13. Axialgebläse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (24) trichterartig ausgebildet und derart angeordnet ist, daß ihr einlaßseitiges Ende zumindest im wesentlichen dieselben Abmessungen hat wie ein Wärmeaustauscher,während ihr auslaßseitiges Ende eng
angrenzend an das 3and 3 0 angeordnet ist. - 14. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Dimensionierung gemäß Tabelle 1.
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