DE4124891A1 - Axialschraubenluefter mit zentrifugalelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialschraubenlüfter für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, insbesondere für einen Automotor.

In den vergangenen Jahren wurde ein Automotor mannigfach mit Geräten und Ausgerüstungsgegenständen ausgestattet der­ art, daß der zur Verfügung stehende Platz im Motorraum be­ ständig kleiner wurde. Der größte Teil des einen Lüfter durchtretenden Luftstroms strömt aus dem Motorraum durch zwischen der Karosserie und der Motorhaube des Autos be­ findliche Spalte. Andererseits kehrt ein Teil des den Lüf­ ter durchtretenden Luftstroms zu einer stromaufwärts gele­ genen Seite des Lüfters zurück, und zwar aufgrund einer turbulenten Strömung um die Spitzen der Lüfterblätter. Diese Kreisströmung oder Gegenströmung wächst proportional zur Zunahme des Schaufelspalts, d. h. des Spalts zwischen dem Umfang eines Kühllüfters und der Innenfläche der Lüf­ terabdeckung. Diese Kreisströmung bedingt Nachteile dahin­ gehend, daß der Luftstrom wesentlich verringert wird und der Lüfterwirkungsgrad sinkt.

Bei einer aus JP-GM 71 921/1981 (SHO 56-71 921) bekannten Vorrichtung ist an der Lüfterabdeckung eine flanschartige Erweiterung vorgesehen, um den Schaufelspalt zu verringern und die Kreisströmung zu vermeiden. Kleine Schaufelspalte begünstigen jedoch Zusammenstöße zwischen einem Lüfterblatt und der Lüfterabdeckung.

Der Erfindung liegt daher zur Beseitung der geschilderten Nachteile die Aufgabe zugrunde, einen Axialschraubenlüfter zu schaffen, der eine Gegenströmung zu einer stromaufwärts gelegenen Seite des Lüfters vermeidet und den Lüfterwir­ kungsgrad unter einer gegebenen Arbeitsbedingung verbes­ sert.

Die zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene Erfindung weist die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be­ schrieben.

Erfindungsgemäß weist jedes Lüfterblatt des Lüfters ein einstückig angeformtes Zentrifugalelement auf, das sich weitgehend parallel zu einer gedachten, die Mittelachse des Lüfters enthaltenden Ebene erstreckt.

Es ist von erfindungsgemäßer Bedeutung, daß ein Teil des die Lüfterblätter durchtretenden Luftstroms mit den Zentri­ fugalelementen kollidiert, wo er in Radialrichtung ab­ gelenkt wird. Dieser Radialluftstrom bildet eine scheiben­ förmige Sperrschicht, die wirksam verhindert, daß durch den Lüfter hindurchgetretene Luft zur stromaufwärts gelegenen Seite des Lüfters zurückkehrt. Damit treten Gegenströmung und Kreisströmung nicht auf.

Vorteilhafterweise befinden sich die Ränder der Zentrifu­ galelemente innerhalb eines Außendurchmessers des Lüfters. Damit ist der Schaufelspalt konstant gehalten.

Bei einem aus Kunststoff hergestellten Lüfter sind die Zen­ trifugalelemente durch einen Kunststofformvorgang einstückig angeformt. Daher sind die Zentrifugalelemente einfach herzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 perspektivisch eine erste Ausführungsform des Axialschraubenlüfters;

Fig. 2 geschnitten und vergrößert den Endabschnitt eines Lüfterblatts nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 in Vorderansicht,

Fig. 4 in Rückansicht,

Fig. 5 in Seitenansicht gemäß Pfeil A nach Fig. 3 und

Fig. 6 in Seitenansicht gemäß Pfeil B nach Fig. 4;

Fig. 7 ein Lüfterblatt gemäß einer zweiten Ausführungs­ form in Vorderansicht und

Fig. 8 in Rückansicht;

Fig. 9 eine Diagramm mit charakteristischen Kurven des Lüfters mit Zentrifugalelementen und

Fig. 10 schematisch in Seitenansicht einen Motor mit Lüf­ ter, Kühler und Luftstromlinien.

Bei der ersten Ausführungsform eines Axialschraubenlüfters gemäß Fig. 1 bis 6 weist der dargestellte Lüfter 10 eine Kunststoffnabe und acht Kunststoffflügel 12 auf, die in vorbestimmtem Umfangsabstand um die Nabe 11 angeordnet sind. Die Nabe 11 und die Blätter 12 sind in einem Kunst­ stofformvorgang einstückig gebildet. Ein Körperabschnitt 13 jedes Lüfterblatts 12 ist ähnlich einem üblichen Lüfter­ blatt gewunden ausgebildet. Nahe einem Endabschnitt des Lüfterblatts 12 sind ein dreieckförmiger Hilfsabschnitt 14 und ein Zentrifugalelement 15 einstückig angeformt. Der Hilfsabschnitt 14 ist derart angeordnet, daß er den Zen­ trifugalabschnitt 15 jeweils mit dem Körperabschnitt 13 verbindet. Das Zentrifugalelement 15 ist als dreieckförmi­ ges Leitstück ausgebildet derart, daß eine Seite des Drei­ ecks eine Seite des Hilfsabschnitts 14 aufnimmt.

Der in Fig. 1 dargestellte Lüfter 10 zeigt seine einem Ra­ diator (Kühler) zugekehrte Oberflächenseite. Wenn sich der Lüfter 10 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Richtung R dreht, wird Kühlluft von der Oberflächenseite (Kühlerseite) einge­ führt und der Rückseite (Motorseite) zugeführt. Wenn demge­ mäß die Zentrifugalelemente 15 bei einem üblichen Lüfter des Saugtyps zur Anwendung gelangen sind sie an der Rück­ seite des Lüfterblatts 12 angeordnet.

Fig. 2 bis 6 zeigen mehrere Anordnungen des Zentrifugalele­ mentes 15 aus verschiedenen Blickwinkeln. Das Zentrifugal­ element 15 erstreckt sich weitgehend parallel zu einer ge­ dachten Ebene, welche die Mittelachse des Lüfters 10 ent­ hält. Darüber hinaus befindet sich der äußere Rand des Zentrifugalelementes 15 innerhalb des Außendurchmessers des Lüfters 10. D. h., daß sich das Zentrifugalelement 15 nicht über den Durchmesser des Lüfters 10 hinaus erstreckt. Daher verbleibt der Schaufelspalt unabhängig vom Zentrifugalele­ ment 15 im selben Größenbereich.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 7 und 8 er­ strecken sich ein Zentrifugalelement 35 und ein zugeordne­ ter Hilfsabschnitt 34 entlang der gesamten Seitenlänge des Lüfterblatts 32. Diese Ausführungsform erleichtert den Kunststofformvorgang, da die Gesamtanordnung einfach herzustellen ist.

Fig. 9 zeigt mehrere charakteristische Kurven, die Änderun­ gen von drei Arten von Werten darstellen, nämlich der Leistungsaufnahme L, dem statischen Druck P und dem Lüfter­ wirkungsgrad E gemäß folgender Formel:

E = 100 × P × Q/60 × 75 × L ,

wobei
P = statischer Druck [mmAq],
Q = Luftmengenstrom [m³/min],
L = Leistung [PS].

Die experimentell ermittelten Werte sind über dem Luftmen­ genstrom Q aufgezeichnet. Die Kurven P0, L0, E0 zeigen den Fall ohne Zentrifugalelement. Die Kurven P1, L1, E1 zeigen den Fall mit maximal wirksamen Zentrifugalelementen. Zu­ sätzlich sind in Fig. 9 vier Widerstandskurven dargestellt, welche einen Widerstandskoeffizienten k von 0.001, 0.0027, 0.014 und 0.018 zeigen.

Vor dem Hintergrund, daß der Widerstandskoeffizient k bei neueren, an Automotoren eingesetzten Axialschraubenlüftern in einem Bereich von etwa 0.006 bis 0.01 liegt, ist dieser Bereich schraffiert dargestellt. Es ist leicht ersichtlich, daß in diesem Bereich der Lüfterwirkungsgrad E1 den Lüfter­ wirkungsgrad E0 übertrifft.

Fig. 10 zeigt die Anordnung eines Motors, eines Lüfters, eines Kühlers und von Luftstromlinien, die in der beschrie­ benen Weise verbessert sind. Einige aus einem Kühler 84 kommende Luftstromlinien treffen auf an Lüfterblättern 80 angeordnete Zentrifugalelemente 81 und werden dann in Radi­ alrichtung abgelenkt. Um die Spitzen der Lüfterblätter 80 bildet sich eine scheibenförmige Sperrschicht aus. Diese Sperrschicht verhindert, daß durch den Lüfter hindurchge­ tretene Luft zur stromaufwärts gelegenen Seite des Lüfters 87 zurückkehrt. Damit sind Gegenströmung und Kreisströmung wirksam vermieden und der Lüfterwirkungsgrad beträchtlich gesteigert.

Wenn eine Visko- oder Fluidkupplung zwischen einer Lüf­ terantriebswelle 86 eines Motors 85 und einem Lüfter 87 an­ geordnet ist, wurde die Verringerung des Schaufelspalts deshalb für schwierig gehalten, weil aufgrund der Kupplung die Schwingungsamplitude steigt. Es ist selbstverständlich, daß der Schaufelspalt zur Vermeidung von Kollisionen zwi­ schen den Spitzen der Lüfterblätter und der Lüfterabdeckung groß genug sein sollte. Ein großer Schaufelspalt hingegen begünstigt die Erzeugung einer Gegenströmung oder einer Kreisströmung.

Insbesondere in diesem Fall kann der beschriebene Axi­ alschraubenlüfter eine wirksame Lösung dieses Problems er­ reichen. Die Zentrifugalelemente beseitigen Gegenströmung und Kreisströmung, ohne den Schaufelspalt zu reduzieren.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter­ ter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Claims (5)

1. Axialschraubenlüfter, der an einer Abtriebswelle (86) einer Verbrennungskraftmaschine (85) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lüfterblatt (12) des Lüfters (10) ein einstückig angeformtes Zentrifugalelement (15) aufweist, das sich weitgehend parallel zu einer gedachten, die Mittelachse des Lüfters enthaltenden Ebene erstreckt.

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand jedes Zentrifugalelements (15) innerhalb des Außendurchmessers des Lüfters (10) liegt.

3. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalelemente (15) auf einer dem Motor zugewand­ ten Seite angeordnet sind.

4. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreieckförmiger Hilfsabschnitt (14) zur Verbindung des Zentrifugalelementes (15) mit einem Körperabschnitt (13) des Lüfterblatts (12) angeordnet ist und daß das Zentrifugalelement (15) dreieckförmig ausgebildet ist derart, daß eine Seite des Dreiecks eine Seite des dreieckförmigen Hilfsabschnitts (14) aufnimmt.

5. Lüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Zentrifugalelement (35) entlang der gesamten Sei­ tenlänge des Lüfterblatts (32) erstreckt.