DE3802139C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Flügels für einen Ventilator zum Fördern von Kühlluft oder dergl. in Automobilmotoren oder verschiedenen anderen Arten von Vorrichtungen, mit zwei auf dem Flügel angeordneten plattenförmigen Teilen, die einen gegenüber dem Flügel unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei zumindest eines der plattenförmigen Teile auf der Saugseite des Ventilatorflügels angebracht ist.

Eine typische herkömmliche variierbare Blattschrägstellung bei Ventilatoren ist beispielsweise in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Die Flügel 12 sind auf einem Gußteil 11 derart angeordnet, daß sie nach außen von der äußeren Umfangsfläche des Gußteils 11 gerichtet sind. Ein Bimetall 15 ist im wesentlichen auf der ganzen druckseitigen Oberfläche eines jeden Flügels 12 angeordnet, so daß, wenn sich die Temperatur der durch den Ventilator geförderten Luft erhöht, sich das Bimetall 15 verformt, um das Maß der Wölbung C des Flügels 12 zu vergrößern. Hierdurch wird die Menge der geförderten Luft erhöht, wenn die Lufttemperatur relativ hoch ist, während, wenn die Temperatur der geförderten Luft relativ niedrig ist, das Wölbungsmaß C reduziert wird, um die Menge der geförderten Luft zu vermindern, wodurch die Ventilatorantriebskraft und der Ventilatorlärm vermindert werden.

Diese bekannte Flügelanordnung weist jedoch folgende Nachteile auf:

Die Verformung des Flügels 12 wird durch die Verformung des Bimetalls 15 verursacht, die in Abhängigkeit von einem Wechsel der Temperatur der geförderten Luft eintritt und hauptsächlich das Wölbungsmaß C ändert, aber im wesentlichen keine Änderung des Ausgangswinkels α , wie in Fig. 7 gezeigt, herbeiführt. Folglich ist es unmöglich, allein mit einer Vergrößerung des Wölbungsmaßes C eine wesentliche Erhöhung der geförderten Luftmenge zu erreichen. Insofern wird das angestrebte Ziel nicht erreicht.

Die DE-OS 22 27 049 betrifft einen selbsttätig verstellenden Lüfterflügel für ein Axialgebläse für Verbrennungskraftmaschinen, der fertigungstechnisch äußerst aufwendig zu realisieren ist, indem ein relativ kompliziertes Metallgitter nur auf der Strömungsseite des Lüfterflügels, das sich gleichmäßig über die gesamte strömungsseitige Oberfläche des Flügels erstreckt, eingebracht ist. Dieses Metallgitter weist einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als der des Flügelmaterials. Der Flügel selbst ist derart ausgebildet, daß dessen Verstellbarkeit um seine vordere Lufteintrittskante erfolgt. Diese Lüfterflügel sind bewußt auf das Verdrehen im unmittelbaren Bereich der Lufteintrittskante an dem dem Rotor am nächsten liegenden Punkt abgestellt, so daß sich eine Verstellung der Flügelwölbung lediglich um seine Längsachse, nicht jedoch um seine Querachse ergibt. Das resultiert im wesentlichen daraus, daß der Lüfterflügel im Bereich der Lufteintrittskante einen verdickten, sich nicht verbiegenden schmalen Teil aufweist.

Diese Lösung führt zu einer hohen Wölbungsmaßänderung und diese ist dafür verantwortlich, daß die Lüfterflügel bei ihrer Verstellung bei hoher Umgebungstemperatur viel unerwünschten Lärm und hohe Vibrationen erzeugen.

Die DE-PS 5 59 674 betrifft die Veränderung der Steigung eines Propellers, bei dem die Flügel aus Eisenblech bestehen. Auf dieses Eisenblech sind Streifen aus Metall aufgebracht, die einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Flügelmaterial aufweisen. Diese Streifen sind achsparallel zur Propellerachse und beabstandet zueinander lediglich auf der Saugseite des Propellerflügels angebracht, wodurch eine Bimetallwirkung erzielt werden soll.

Durch die gewölbte Ausbildung des vorderen Bereichs des Ventilatorflügels ist eine Verstellung nur im hinteren Bereich des Ventilatorflügels beabsichtigt, in dem auch nur die Streifen angebracht sind. Damit weist diese Lösung die gleichen Nachteile wie die DE-OS 22 27 049 auf.

Dadurch wird eine temperaturempfindliche Ventilatorkupplung erzeugt, bei der sich Schwierigkeiten im Steuermechanismus, eine allseitige Vergrößerung der Vorrichtung und auch eine Vergrößerung des Gewichts des Erzeugnisses ergeben.

Aus der US-PS 21 14 567 wiederum ist ein Flügelrad für eine Pumpe bekannt, das an den jeweiligen radialen Flügelkanten jeweils ein parallel dazu verlaufendes plattenförmiges Bimetallteil aufweist. Diese Ausführung führt dazu, daß die Flügelaußenkante keinen Bogen bildet, so daß der Flügel erhebliche Lärmgeräusche erzeugt.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flügel zu schaffen, der derart ausgebildet ist, daß der Anstellwinkel ohne wesentliche Änderung des Wölbungsmaßes variiert werden kann, wodurch die oben beschriebene temperaturempfindliche Ventilatorkupplung entfallen kann, so daß, wenn die Temperatur der geförderten Luft höher ist, ein Maximum an Luftmenge erreicht wird, wohingegen, wenn die Lufttemperatur niedrig ist, die Menge der geförderten Luft bei einem niedrigen Geräuschpegel vermindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt derart, daß das andere plattenförmige Teil auf der druckseitigen Fläche des Flügels angeordnet ist, derart, daß es sich vom hinteren Randabschnitt am radial äußeren Ende des Flügels hin zum vorderen Randabschnitt am radial inneren Ende des Flügels erstreckt und daß sich das auf der saugseitigen Fläche des Flügels angeordnete plattenförmige Teil vom vorderen Randabschnitt am radial äußeren Ende des Flügels hin zum hinteren Randabschnitt am radial inneren Ende des Flügels erstreckt, so daß sich die zwei plattenförmigen Teile, die einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Flügel aufweisen, im wesentlichen x-förmig kreuzen. Dabei ist der Anstellwinkel des Flügels variierbar ausgebildet in Abhängigkeit von einem Temperaturwechsel der durch den Ventilator geförderten Luft.

Der vorstehend beschriebene Flügel kann aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, während die plattenförmigen Teile aus einem Metall bestehen können.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bedeuten.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine teilweise Vorderansicht einer Ventilatorschaufel, bestehend aus einem Kunststoffmaterial gemäß einer Ausführung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Ventilatorschaufel gemäß Fig. 1 zu einem Zeitpunkt, bei dem die Temperatur der geförderten Luft relativ niedrig ist;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Ventilatorschaufel nach Fig. 1 zu einem Zeitpunkt, bei dem die Temperatur der geförderten Luft relativ hoch ist;

Fig. 4 eine teilweise Vorderansicht einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, die der Fig. 1 ähnlich ist und

Fig. 5-7 zeigen eine Zusammenstellung des Standes der Technik, bezogen auf die entsprechenden Fig. 1-3.

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert mit Bezug auf die Fig. 1-3 beschrieben.

Bezüglich der Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1 ein ringförmiges Gußteil mit einer Trägerwandung 1′, die an einem Drehteil R befestigt ist, beispielsweise einer Gebläsewelle, die an einer Wasserpumpe durch eine Riemenscheibe oder dergl. angeordnet ist. Eine Anzahl von Ventilatorflügeln 2 sind an dem Gußteil 1 angeordnet, so daß sie sich radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des Gußteiles 1 erstrecken. Jeder Flügel 2 besteht beispielsweise aus Polypropylen, und plattenförmige Teile 3 und 3′ sind beispielsweise starr befestigt an der Vorderfläche und der Rückenfläche des Flügels 2, beispielsweise mittels Nieten 4, derart, daß das plattenförmige Teil an der saugseitigen Fläche S des Flügels 2 angeordnet ist, so daß es sich vom vorderen Randabschnitt 2 a am entfernten Ende des Flügels 2 hin zum hinteren Randabschnitt 2 b am nahen Ende des Flügels erstreckt, während das plattenförmige Teil 3′ an der druckseitigen Fläche D derart angeordnet ist, daß es sich vom hinteren Randabschnitt 2 b am entfernten Ende des Flügels 2 hin zum vorderen Randabschnitt 2 a am nahen Ende erstreckt. Die plattenförmigen Teile 3 und 3′ kreuzen sich also im wesentlichen x-förmig, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, und bestehen aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Flügels 2, beispielsweise aus Stahl.

Durch die vorstehend beschriebene Anordnung dieser Ausführung ist es möglich, wenn die durch den Ventilator geförderte Luft auf 50°C ansteigt, den Anstellwinkel α des Flügels 2 um etwa 15° zu vergrößern, wie in Fig. 3 gezeigt.

Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 6 ein Drehkreuz mit einer Trägerwandung 6′, die am Drehteil R befestigt ist, und eine Anzahl von Ventilatorflügeln, die starr am äußeren Umfang des Drehkreuzes mittels Nieten 7 durch besondere Einsatzteile 5 (wird später beschrieben) befestigt sind, wodurch sich die Flügel 2 radial nach außen erstrecken. Jeder Flügel 2 besteht beispielsweise aus Nylon 66 (Polyamid 6,6). Die plattenförmigen Teile 3 und 3′ bestehen aus Stahl und sind integriert mit den Flügeln 2 zusammen mit den Flügeleinsatzteilen 5, wenn die Flügel in einem Gießverfahren geformt werden, derart vorgesehen, daß das plattenförmige Teil 3 auf der saugseitigen Fläche S des Flügels 2 angeordnet ist und sich vom vorderen Randabschnitt 2 a am entfernten Ende hin zum hinteren Randabschnitt 2 b am nahen Ende des Flügels 2 erstreckt, und das plattenförmige Teil 3′ an der druckseitigen Fläche D angeordnet ist und sich vom hinteren Randabschnitt 2 b am entfernten Ende hin zum vorderen Randabschnitt 2 a am nahen Ende des Flügels 2 erstreckt, so daß sich die plattenförmigen Teile 3 und 3′ einander im wesentlichen x-förmig kreuzen, in der gleichen Art, wie in der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2.

In dieser Anordnung nach der vorstehend beschriebenen Ausführung ist es möglich, wenn die Temperatur der durch den Ventilator geförderten Luft auf 50°C ansteigt, den Anstellwinkel α des Flügels 2 um etwa 10° zu vergrößern und dadurch die Menge der geförderten Luft zu erhöhen. Dadurch kann die gestellte Aufgabe gelöst werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung in der vorbeschriebenen Anordnung dehnt sich bei Erhöhung der Temperatur der durch den Ventilator geförderten Luft jeder Flügel um einen wesentlichen Betrag durch die Erwärmung aus, wohingegen die plattenförmigen Teile, die einen relativ geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, sich nur geringfügig ausdehnen. Durch den unterschiedlichen Grad der thermischen Ausdehnung zwischen den zwei unterschiedlichen Arten von Teilen werden die Flügel mittels zweier Zugkräfte verformt, die derart darauf einwirken, daß an der saugseitigen Fläche des Flügels der vordere Randabschnitt am entfernten Ende hin zum hinteren Randabschnitt des nahen Endes des Flügels gezogen wird, während an der druckseitigen Fläche des Flügels der hintere Randabschnitt am entfernten Ende hin zum vorderen Randabschnitt des nahen Endes des Flügels gezogen wird. Durch diese beiden Zugkräfte, die in Form eines Kräftepaares wirken, wird der Anstellwinkel α des Flügels um einen wesentlichen Betrag geändert.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht folglich die Verwendung unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Ventilatorflügels und dem Material der plattenförmigen Teile, die auf dem Ventilatorflügel angeordnet sind, um den Anstellwinkel des Ventilatorflügels um einen wesentlichen Betrag in Abhängigkeit von der Erhöhung der Umgebungstemperatur, beispielsweise der Temperatur der durch den Ventilator geförderten Luft in wirksamer Weise zu ändern, wobei ein Maximum an Luftmenge zu einem Zeitpunkt hoher Temperatur gewährleistet wird, ohne das Erfordernis einer temperaturempfindlichen Ventilatorverbindung zu verwenden, die teuer und schwer ist. Es ist weiterhin auch möglich, die plattenförmigen Teile in den Schraubenflügel integriert im Gießverfahren einzuformen und dadurch den Ventilatorflügel bei wesentlich niedrigeren Kosten leicht auszubilden. Es ist dadurch möglich, nach der vorliegenden Erfindung einen nützlichen und vorteilhaften Ventilatorflügel zu erhalten.

Claims (5)

1. Ventilatorflügel mit zwei auf dem Flügel angeordneten plattenförmigen Teilen, die einen gegenüber dem Flügel unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei zumindest eines der plattenförmigen Teile auf der Saugseite des Ventilatorflügels angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das andere plattenförmige Teil (3′) auf der druckseitigen Fläche (D) des Flügels (2) angeordnet ist, derart, daß es sich vom hinteren Randabschnitt (2 b) am radial äußeren Ende des Flügels (2) hin zum vorderen Randabschnitt (2 a) am radial inneren Ende des Flügels (2) erstreckt und daß sich das auf der saugseitigen Fläche (S) des Flügels (2) angeordnete plattenförmige Teil (3) vom vorderen Randabschnitt (2 a) am radial äußeren Ende des Flügels (2) hin zum hinteren Randabschnitt (2 b) am radial inneren Ende des Flügels (2) erstreckt, so daß sich die zwei plattenförmigen Teile (3, 3′), die einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Flügel (2) aufweisen, im wesentlichen x-förmig kreuzen.

2. Ventilatorflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (2) aus einem Kunststoff besteht.

3. Ventilatorflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Teile (3, 3,) aus einem Metall bestehen.

4. Ventilatorflügel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Polypropylen oder Nylon 66 (Polyamid 6,6) besteht.

5. Ventilatorflügel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Stahl ist.